静电不容小觑！芯片失效导致USB设备出现无法识别现象

引言

整机产品在使用几个月后出现USB设备无法识别，大部分为HUB芯片损坏，现测试分析NG芯片和OK芯片，查找失效原因及给予改善建议。

测试分析

1 外观检查

对失效芯片进行外观检查，经分析未发现芯片表面有异常。

2 I-V曲线测试

为确认芯片的失效现象，测试芯片各管脚对地的I-V曲线图，发现NG HUB芯片的Pin 1脚对地(Pin)呈阻性。

图1 NG HUB芯片I-V曲线典型图

3 无损透视检查

对芯片进行无损透视，发现NG HUB芯片有银浆上爬过高的现象。

图2 NG HUB芯片X-ray检测图

4 界面超声扫描

为确认芯片内部是否存在分层或者空洞，对NG芯片，OK芯片进行界面超声扫描；经分析NG HUB芯片二焊点存在分层,分层的存在会带来可靠性隐患。

图3 超声扫描图-二焊点

5 开封内部观察

对NG HUB芯片进行开封观察，发现NG HUB芯片表面未发现烧毁点，对其开封后HUB芯片进行I-V曲线测试，发现开封前后的I-V曲线图一致，证明此次失效不是因为芯片银浆上爬过高导致。

图4 NG HUB芯片开封图

6 Thermal EMMI

为确认NG HUB芯片的失效位置，对NG HUB芯片进行Thermal EMMI 热点定位分析。

定位结果显示：NG HUB芯片内部存在异常亮点，亮点位置在1管脚附近位置，属于管脚保护区，这与I-V测试结果一致。证明芯片pin 1附件晶圆内部有异常缺陷，导致NG HUB芯片对地阻抗异常。

图5 NG HUB芯片定位分析图

7 剥离分析

Thermal EMMI定位的异常发热点显示芯片表面无明显异常，去除芯片表面metal，观察芯片沉底保护区，发现管脚附近的有烧毁的现象，怀疑烧毁位置是静电保护区。

图6 NG HUB芯片亮点位置形貌图

图7 NG HUB芯片相同OK区域形貌图

8 验证实验

为验证芯片烧毁位置是否是芯片的静电保护区，对OK HUB芯片进行剥离分析及SEM观察，发现静电击穿区域与NG HUB芯片烧毁位置一致，确认NG HUB芯片烧毁是由静电引起的。

测试结果表明：NG HUB芯片在受到了静电损伤后，在后续的上电过程中，损伤点扩大，导致静电保护区烧毁，最终导致芯片失效。

图8 静电模拟实验后芯片剥离后SEM图

结论

芯片失效的原因为：芯片内部出现烧毁。

根本原因是：芯片承受了较大的静电损伤，在后续的上电过程中，击穿位置出现烧毁，最终导致芯片失效。

建议：

（1）加强芯片在运输及使用过程中的静电防护。

（2）芯片本身存在可靠性应用风险，与物料供应商沟通改良。

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