二极管短路失效分析：7步锁定"银枝生长"真凶

二极管短路失效分析：7步锁定"银枝生长"真凶

——某车规 ASIC 保护二极管短路失效案例实录

您遇到过这种情况吗：产线上一个二极管功能测试不过，拆下来重新焊回去，它竟然又"好"了——可放回整车测试，故障又再次出现。

这不是玄学，而是典型的间歇性失效。最近，某汽车客户就向我们送检了这样一颗"神奇"的二极管：一颗总线与地之间的 ASIC 芯片保护二极管，功能测试异常，解焊后电路功能测试恢复正常。客户需要弄清楚：它到底是焊点问题、电路问题，还是器件本身已经"病"了？

广东省华南检测技术有限公司接样后，通过一套标准化的二极管短路失效分析流程，仅用 7 步就锁定了真凶——银枝生长导致的芯片内部短路。完整过程如下，建议品质、SQE 和采购同行收藏参考。

一、什么是银枝生长？先搞懂"凶手"的作案手法

在讲案例前，先解释一个关键词。银枝生长（又称银离子迁移、电化学迁移），是指封装内部的银在水分和电场作用下，以离子形式从阴极向阳极迁移，并在表面重新析出、生长成树枝状导电通道的现象。

它是二极管、电阻、厚膜电路等元器件短路失效的重要诱因，在车规高电压、高湿度场景中尤其危险——因为它有三个特点：

1、隐蔽：外观完全看不出来；

2、渐进：先是轻微漏电，逐渐发展为短路；

3、间歇：温度、湿度变化会让枝晶局部熔断，故障"时好时坏"——这正是本案"解焊后恢复正常"的真相。

那么，凶手是怎么潜进这颗二极管里的？我们通过 7 步检测还原了全过程。

二、7步分析流程，层层逼近真相

第1步：外观检查（光学显微镜）

对样品进行六面外观检查——正面、底面、四个侧面。结果：未见明显异常。管体丝印清晰、引脚无损伤、无裂纹、无烧蚀痕迹。

这一步的意义在于排除机械损伤和明显过应力，把嫌疑范围收回到器件内部。

第2步：X-Ray 检查（无损透视内部结构）

X-Ray 不用开封就能看到芯片内部。检查结果显示：Die 2 的表面和侧面出现异常阴影，而正常品对应位置干净平整。

异常阴影提示：Die 2 表面存在不应有的物质。此时"内部污染/异物"进入怀疑名单。

第3步：电性能测试（I-V 特性曲线）

对良品与不良品进行 I-V 曲线测试对比。结果显示：IR2 不稳定且最终判定为不良品；IR 有轻微漏电，但仍在产品规格范围内。

注意：此时器件尚未完全短路，处于"漏电—间歇失效"阶段。如果只做常规电测，很容易误判为"合格"。这也是很多现场故障反复出现的根源。

第4步：SAT 声扫（超声波检测分层）

声扫描瞄（SAT/C-SAM）对封装分层极其敏感。结果显示：不良品存在明显分层（图中红色区域）。

分层意味着什么？塑封料与芯片、极片之间出现了间隙，这就为水汽和离子迁移预留了"高速通道"。

第5步：开封分析（机械开封，直取芯片）

对两颗 Die 分别机械开封、去除四侧塑封，真相开始浮出水面：

Die 2（短路芯片）：表面存在污染和腐蚀，在 Die 表面和 EMC 塑封层上均发现银枝晶；镀银极片及 Die 的四个侧面都有变色和污染；

Die 1（合规芯片）：表面同样有腐蚀，并覆盖一层透明物质，侧面部分被污染变色，污染物从 Die 表面向极片方向延伸。

银枝晶已被肉眼锁定，但"它为什么能长出来"还差最后一块拼图。

第6步：SEM 分析（扫描电镜放大形貌）

SEM 进一步确认：Die 2 面上有异物存在，Die 1 面上存在腐蚀区域，EMC 层表面留有印痕。微观形貌与开封观察互相印证。

第7步：EDS 成分分析（元素"指纹"鉴定）

用 EDS 对污染区域做元素分析，最终拿到"凶手指纹"：

Die 2 侧面和极片检出 Na、K、Al、Ag、P；

Die 1 表面检出异常元素 P、Na、K、Al；

Die 1 侧面变色区域及周边极片检出少量 Na、K。

钠、钾、铝、磷——这组元素不该出现在塑封后的芯片表面。它们组合出现，指向封装前工序的离子型污染残留。

三、失效机理还原：一场"污染引发的内涝"

综合 7 步证据链，这颗二极管的失效过程完整还原如下：

1、封装前，含有钠、钾、铝、磷的异常污染物落在芯片（Die）表面，随后被塑封料包裹进产品内部；

2、污染物引发芯片表面腐蚀，并造成封装分层；

3、分层与水汽引入形成离子迁移通道；

4、在电场作用下，镀银极片中的银沿通道发生离子迁移，析出并生长为银枝晶；

5、枝晶最终连接两极，导致短路失效。

而同一个封装里的两颗 Die，为何表现不同？这是本案比较有价值的发现：

两颗 Die 上都存在同样的异物，只是污染程度和离子迁移速度不同。Die 1 稳压值（18.6V）低于 Die 2（28V），离子迁移更慢，银枝尚未开始生长，因此只表现为轻微漏电；Die 2 则已完成四个侧面的离子迁移和银枝生长，形成短路。

一句话总结：二极管短路失效分析的关键，不是找到"短在哪里"，而是证明"为什么会短"——污染来源、迁移通道、电场条件，三者缺一不可。

四、给同行企业的三点启示

无论您是主机厂/Tier1 的 SQE，还是电子厂的采购与品质负责人，这个案例都值得对照自查：

1、间歇性失效不要只换件。拆了好、装上坏"是离子迁移类失效的典型特征，应保留失效样品，送专业机构做失效分析，避免批量隐患流入市场；

2、把离子污染纳入来料与制程监控。 钠、钾离子残留往往来自清洗水、助焊剂、环境尘埃，封装前的清洁度管控是预防银枝生长的第一道防线；

3、车规产品建议增加针对性可靠性验证。 如温湿度偏压试验（THB/HAST）、温度循环等，提前暴露迁移风险，比售后失效的代价低得多。

如果您的产品也遇到类似问题——二极管短路、间歇性失效、漏电超规、客诉反复——欢迎将失效样品寄至华南检测

华南检测:https://www.gdhnjc.com/

五、常见问题 FAQ

Q1：二极管短路的常见原因有哪些？

主要有四类：①过电压/过电流导致的过应力击穿；②焊接或装配引入的热损伤；③静电损伤（ESD）；④本案这类银离子迁移（银枝生长）与电化学迁移引起的渐进性短路。前三种通常外观或电测有明显特征，第四种比较隐蔽，需要 X-Ray、SAT、开封、SEM/EDS 组合分析才能定位。

Q2：为什么器件拆下来重新焊就恢复正常？

这是离子迁移类失效的典型间歇性特征。银枝晶很细，温度变化或机械应力可能使其局部熔断，功能暂时恢复；但污染和迁移通道仍在，条件满足时故障会复发，且逐步恶化直至彻底短路。

Q3：二极管短路失效分析一般包含哪些检测项目？

常规流程为：外观检查 → X-Ray 无损透视 → 电性能测试（I-V 曲线）→ SAT 声扫（分层检测）→ 开封分析 → SEM 形貌观察 → EDS 成分分析。根据情况还会追加切片分析、离子色谱等，以锁定污染来源。

Q4：银枝生长能预防吗？

可以。核心是控制三件事：封装前的离子污染（Na/K 等）、封装分层（材料与工艺）、使用环境的水汽与偏压。车规场景建议通过 THB/HAST 等可靠性试验进行验证筛查。

Q5：元器件失效分析 report 对客诉处理有什么价值？

一份完整的失效分析报告可以明确区分"来料质量问题 / 制程损伤 / 应用过应力"，既是对客户的客观交代，也是供应商索赔、工艺整改、设计改进的依据，能显著降低重复客诉和误判成本。

六、华南检测：我们能为您做什么

广东省华南检测技术有限公司位于东莞大岭山镇，毗邻松山湖高新区，专注汽车电子、消费电子领域的可靠性检测与失效分析，服务覆盖半导体、电子元器件、通讯、新能源、汽车、航空航天等行业。

针对二极管及各类元器件失效，我们可提供：

失效分析：短路/开路/漏电/间歇失效定位，完整 7 步分析流程出具报告

无损检测：X-Ray 透视、SAT 声扫分层检测

破坏性分析：精密开封、切片、SEM 形貌观察、EDS 成分分析

可靠性验证：温湿度循环、THB/HAST、振动、机械冲击、包装可靠性等

测试方案定制：基于失效机理的针对性验证方案与工装治具开发

遇到反复失效、客诉无法定性、供应商与产线互相推诿的情况，把样品交给专业的第三方实验室，是比较快拿到答案的方式。