芯片常見失效及標準分析手段JQPTSQ吳嘉欣目錄CONTENTS1芯片失效模式2失效分析方法3失效分析案例4第三方實驗室能力對標課題研究背景

近年來，電器件失效集中于各類復(fù)雜的內(nèi)部半導(dǎo)體器件繁雜的問題，且分析周期受到國內(nèi)技術(shù)壁壘以及相關(guān)技術(shù)授權(quán)因素往往需要花費30天周期以上時間。而從供應(yīng)鏈的角度，原材料-晶圓-封裝-封測發(fā)運-分供方組裝（代理）-國內(nèi)總成安裝這個供應(yīng)順序，決定了不論是從分析驗證的時間還是從長期措施落實到工廠的斷點時間都會很漫長。

目前，半導(dǎo)體器件分析由于授權(quán)問題，大部分還是在國外完成，相關(guān)分析報告通常簡單且沒有原理介紹，部分工程師在接觸相關(guān)探測設(shè)備時，對結(jié)果經(jīng)常不能很好吸收。本節(jié)課題會詳細贅述芯片失效的分類，常用的芯片分析的相關(guān)設(shè)備，對芯片整體分析流程有一個整體了解。失效形式及對應(yīng)常見篩選和驗證手段一、芯片失效模式電子元器件失效模式以及基本分類

導(dǎo)致電子元器件失效的原因十分復(fù)雜，有質(zhì)量控制不當引入的材料、工藝缺陷，有產(chǎn)品設(shè)計不當引入的設(shè)計缺陷。有老化、篩選、裝配中應(yīng)力選擇不當或環(huán)境不當引入的損傷，有產(chǎn)品固有的可靠性問題，在使用中工作應(yīng)力和環(huán)境應(yīng)力引起的產(chǎn)品產(chǎn)品失效，均為外因和內(nèi)因共同作用的結(jié)果，由于電子元器件門類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料復(fù)雜，其失效分類也較為復(fù)雜，一般可以按照失效機理、失效時間特征和失效后果對產(chǎn)品失效進行分類失效分類早期失效：一般為材料或制造過程缺陷在成偶然失效：一般為潛在缺陷，人為因素，偶發(fā)應(yīng)力造成，概率較低耗損失效：一般長期工作或者惡劣環(huán)境造成失效機理失效時間特征失效后果（功能失效）結(jié)構(gòu)性失效：如疲勞斷裂、磨損、變形等，材料性結(jié)構(gòu)收到機械應(yīng)力，熱應(yīng)力和電應(yīng)力熱失效：產(chǎn)品由于過熱或者急劇的溫度變化而導(dǎo)致的燒毀、熔融、蒸發(fā)、遷移電失效：產(chǎn)品由于過電或者長期電應(yīng)力作用而導(dǎo)致的燒毀、熔融、參數(shù)漂移或者退化等失效腐蝕性失效：指的是產(chǎn)品受到化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、或者材料出現(xiàn)老化、變質(zhì)、，或者腐蝕性物質(zhì)侵入或者殘留參數(shù)漂移開路短路漏電一、芯片失效模式EOS芯片斷裂失效表現(xiàn)電子元器件失效案例表現(xiàn)電應(yīng)力ESDLatch-up機械應(yīng)力引線斷裂熱應(yīng)力環(huán)境應(yīng)力歐姆接觸退化PN結(jié)漏電芯片粘接失效（封裝）電解化腐蝕金屬化腐蝕低溫應(yīng)力芯片斷裂清潔度異物顆粒導(dǎo)致接觸不良/短路一、芯片失效模式EOS（ElectricalOver-StressDefinition）過電應(yīng)力定義當電子設(shè)備受到超出設(shè)備規(guī)格限制的電流或電壓時可能發(fā)生的熱損傷表現(xiàn)癥狀可見損傷可能起因預(yù)防超過額定電流電源電壓與地面之間的低電抗輸入輸出引腳到電源低壓或接地之間短路打開連接到一個或者多個管腳的連接-IO、電源電壓或接地設(shè)備內(nèi)部損壞導(dǎo)致功能失效塑料體材料可見隆起塑料體材料物理孔洞塑料體燒焦/變色塑料體破裂融化或者金屬過燒現(xiàn)象碳化塑封體金屬層受熱損壞現(xiàn)象熔化或熔斷的鍵合線電源間不可控的電壓涌浪內(nèi)部電路切換造成的電壓峰值外部連接造成的電壓峰值-電容性的外部線纜，天線接收外部開關(guān)噪聲,感應(yīng)負荷接地不良在IO切換時候超調(diào)或者過調(diào)電磁干擾是由于電噪環(huán)境中屏蔽不良造成的閂鎖效應(yīng)電流過高或者持續(xù)事件過長測試設(shè)備接地不良多個地線連接接地回路電流設(shè)備接地與電氣安全接地混雜交流電涌（大電流開關(guān)）電容電感負載用較長的線路連接主回路不正確的插入程序接口組件板安裝方向錯誤常見損傷：一、芯片失效模式ESD（Electro-staticdischarge）

靜電釋放定義指儲存靜電的釋放。最常見的情況是:當電子設(shè)備與帶電體接觸時,可能出現(xiàn)高達數(shù)千伏的放電,導(dǎo)致器件損壞常見損傷：損傷特征和EOS相似EOS一般包含ESD，但是EOS不一定都是ESD失效造成的<對策基準>從事基板單組組裝工作員→穿靜電服直接用手接觸基板單組，電氣部品的作業(yè)者、管理者→佩戴靜電手腕由于作業(yè)性原因，無法佩戴靜電手腕的情況下，地板需要鋪靜電膠皮+穿靜電鞋直接用手觸摸基板單組，電氣部品作用場所→桌子、棚架要鋪靜電膠皮、然后在上面作業(yè)一、芯片失效模式Latchup（閂鎖效應(yīng)）由于寄生結(jié)構(gòu)的形成，某種觸發(fā)機制會使得電源軌之間形成低阻抗路徑，從而形成大的電流損失正常的電路功能部分。閂鎖不一定只發(fā)生在電源軌之間，只要有寄生結(jié)構(gòu)的存在，就有可能發(fā)生閂鎖不止CMOS工藝會有Latchup問題，只要有PNPN結(jié)構(gòu)，就有可能閂鎖

起因預(yù)防手段1.輸入過載襯底接觸環(huán)（收集P中的空穴，進行電流分流）減小局部P襯底（或N阱襯底）的電阻Rn和Rp，使Rn和Rp上的電壓降減小，避免寄生雙極晶體管的發(fā)射結(jié)被正偏。任何潛在發(fā)射極（結(jié)）的邊緣都需要追加少數(shù)載流子保護環(huán)，以提前吸收注入襯底的少數(shù)載流子。2.輸出端電壓高過電源電壓或低于地電壓3.電路接地設(shè)計不當4.熱插，帶電情況插入一、芯片失效模式機械應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋芯片碎裂是硅器件的一種失效模式，歸根究底就是由于應(yīng)力造成的，但是產(chǎn)生的原因隨具體情況的不同而不同。硅片前道工藝中主要有外延層淀積、擴散和離子注入、氧化、退火、形成歐姆接觸、金屬連接、鈍化層淀積，后道工序有機械減薄（研磨、拋光）、化學(xué)減薄（濕法或者干法刻蝕）等。更為嚴重的是，一般工藝過程中觀察不到碎裂的現(xiàn)象，只有經(jīng)過熱固化或者器件熱耗散的瞬時加熱，由芯片和封裝材料熱膨脹系數(shù)存在差異或者使用外界應(yīng)力的作用，芯片碎裂才會最終顯現(xiàn)。例如：穿過結(jié)的裂紋可能導(dǎo)致短路或者漏電，裂紋也可能全部或者部分截斷電路，最為致命的是，裂紋引起的這些效應(yīng)只有當熱或者電流通過時，才能最終顯現(xiàn)，而標準的電學(xué)測試根本無法檢測到這些失效。工藝工藝原理介紹工藝示意圖失效誘因硅片減薄一般采用的磨削法是利用固定在特定模具上的尺寸適宜的金剛砂輪對硅片背面進行磨削，金剛砂輪基材通常是陶瓷、環(huán)氧樹脂或塑性材料。標準的硅片減薄工序包括：粗磨、細磨、腐蝕，這三道工序相互配合，調(diào)節(jié)參數(shù)以得到最終所要求的厚度、最小的厚度變化以及最優(yōu)的表面品質(zhì)。磨片引起的背面損傷(如圖）極大地影響了硅片的強度劃片工藝減薄后的硅片粘在一個帶有金屬環(huán)或塑料框架的薄膜(常稱為藍膜)上，送進劃片機進行劃片。劃片引起的芯片邊緣的損傷同樣會嚴重影響芯片的碎裂強度模塊工藝模塊工藝包括裝片機頂針從薄膜上頂起芯片,真空吸頭吸起芯片將其粘結(jié)到芯片卡的引線框頂針的伸長長度、拾取高度、吸嘴的大小必須隨芯片厚度、芯片大小不同而需要進行調(diào)整，以防止頂針刺破藍膜而損傷芯片。成型工藝

IC卡成型工藝中，需要在基片上用銑削的方法加工凹槽，在凹槽內(nèi)粘貼模塊。IC卡工藝標準對模塊在卡片上位置精度有較高的要求，需達到+-5μm。考慮到工藝制作工藝因素，模塊厚度(如圖)、卡基凹槽幾何形狀等往往存在一定差異，致使兩者匹配不佳，引發(fā)較大應(yīng)力的產(chǎn)生，加上使用過程中的不同材料的熱脹冷縮或者外力扭曲，容易引起芯片碎裂。先減薄后劃片先劃片后減薄先劃片后腐蝕一、芯片失效模式引線斷裂

半導(dǎo)體集成電路引線鍵合是集成電路封裝中一個非常重要的環(huán)節(jié)，引線鍵合的好壞直接影響到電路使用后的穩(wěn)定性和可靠性。隨著整機對電路可靠性要求的提高引線鍵合不再是簡單意義上的芯片與管殼鍵合點的連接，而是要通過這種連接，確保在承受高的機械沖擊時的抗擊能力。引線斷裂的常見方式一般分為三類：引線在鍵合點的非頸縮點處斷裂；引線在鍵合點的頸縮點處斷裂；脫鍵1.引線在鍵合點的非頸縮點處斷裂引線中間斷裂不一定在早期失效中出現(xiàn)，因為它和內(nèi)引線存在損傷的程度和由損傷誘發(fā)的機理有關(guān)。鍵合絲的損傷使引線損傷部位面積變小，這將導(dǎo)致：電流密度加大，使損傷部位易被燒毀；抗機械應(yīng)力的能力降低，造成內(nèi)引線損傷處斷裂。鍵合絲上有明顯的機械損傷電流密度加大導(dǎo)致個別部位被燒毀2.引線在鍵合點的頸縮點處斷裂由鍵合力過大或引線受到機械外力損傷所致。此種引線損傷會降低鍵合強度，在試驗或使用中易造成鍵合失效3.鍵合點脫落由鍵合力過大或引線受到機械外力損傷所致。此種引線損傷會降低鍵合強度，在試驗或使用中易造成鍵合失效鍵合點頸部單側(cè)撕裂鍵合點Al層脫落一、芯片失效模式（2）CAF：CAF指的是PCB導(dǎo)通孔間沿玻璃纖維發(fā)生的電化學(xué)遷移現(xiàn)象，是電化學(xué)腐蝕過程的副產(chǎn)物。形成過程：高溫高濕環(huán)境下，使得環(huán)氧樹脂和玻纖之間的附著力出現(xiàn)惡化，促成玻纖表面硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)水解，從而使環(huán)氧樹脂和玻纖的界面上形成沿著玻纖增強材料形成CAF泄露的通路；銅腐蝕并形成銅鹽的沉積物，在偏壓的驅(qū)動之下，形成了CAF生長。枝晶生長現(xiàn)象環(huán)境應(yīng)力

電子產(chǎn)品的腐蝕按照形成機理，可以歸為兩類:(1)電化學(xué)腐蝕，包括枝晶生長（如銀遷移）、導(dǎo)電陽極絲（CAF）和爬行腐蝕；(2)化學(xué)腐蝕，包括硫化和爬行腐蝕一、電化學(xué)腐蝕1.1電解腐蝕，由電解反應(yīng)引起的腐蝕，稱為電解腐蝕。電解腐蝕需要三個條件：導(dǎo)體、電位差、電解液（水即可）。根據(jù)電解腐蝕發(fā)生形態(tài)有枝晶和導(dǎo)電極細絲（CAF）兩大類。（1）枝晶形貌：PCB表面有很多導(dǎo)線，有些導(dǎo)線之間存在電位差，存在電位差的相鄰導(dǎo)線之間存在電位差，存在電位差的相鄰導(dǎo)線就形成了陰極與陽極。另外，在加工的PCB上通常會有焊劑殘留物和灰塵等異物，這些異物具備一定的活性，當PCB在潮濕環(huán)境下，板上有水分子沉積，助焊劑殘留物溶于水中，就成了電解液。導(dǎo)線中的CU離子在電解液中變成了帶正電的Cu離子,向陰極跑去，與陰極的電子形成Cu原子沉積在陰極端，這樣以樹枝的形狀從陰極向陽極生長，最后導(dǎo)致產(chǎn)品失效。這就是電子產(chǎn)品中電化學(xué)遷移現(xiàn)象。枝晶生長是電解腐蝕的典型特征，枝晶形貌如圖4所示：一、芯片失效模式（3）銀離子遷移:Ag離子是容易發(fā)生離子遷移的元素。這一現(xiàn)象可以分步表示為：首先在電場和水汽的作用下，陽極Ag電離為Ag離子Ag向→Ag+電離出來的Ag離子可以和水汽電離的OH－結(jié)合在陽離子附近生成AgOH膠體Ag++OH－→AgOH由AgOH

→Ag2O（棕黑色結(jié)晶性粉末）+H20Ag2O和水汽反應(yīng)，釋放出Ag+,

Ag2O+H20

→Ag++OH－

負極庫倫力作用下離子移動并金屬化，Ag+

+e-

→Ag(樹枝狀生長)AgOH和Ag2O在標準環(huán)境下不穩(wěn)定，在向負級移動的過程中可能不斷發(fā)生第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ步驟，遷移過程中又不斷有Ag和Ag2O析出形成樹枝狀結(jié)晶。1.2化學(xué)腐蝕，一般與金屬直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，一般有硫化和爬行腐蝕，如圖所示，Ag的硫化腐蝕呈現(xiàn)蓮花狀態(tài)，而Cu的腐蝕呈現(xiàn)魚磷狀態(tài)。Ag的硫化腐蝕：S和Ag只要接觸極易發(fā)生反應(yīng)，在無其他活性硫化物存在時，只要元素硫的質(zhì)量分數(shù)達到一定量時，就可能引起銀硫化腐蝕，潮濕的環(huán)境，特別是潮濕的酸性環(huán)境，可以加速硫化反應(yīng)，也就是加速電阻電極的腐蝕。產(chǎn)生原因和爬行腐蝕類似（爬行腐蝕為露Cu）——空洞或者露銀，表示為：4Ag+2H2S+O2=2Ag2S(黑色產(chǎn)物且不導(dǎo)電)+2H20爬行腐蝕是指腐蝕產(chǎn)物（主要是CuS，還有少量Ag2S）在不需要電場的情況下，從電路板裸露的銅表面開始并不斷向四周擴展的腐蝕現(xiàn)象，如圖所示。主要原因是環(huán)境中的硫化物等外來因素。枝晶生長現(xiàn)象電容硫化腐蝕現(xiàn)象腐蝕現(xiàn)象導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積和溫度都與電阻大小相關(guān)，當引腳出現(xiàn)污染物堆積時，不導(dǎo)電的污染物會增加電阻大小，造成開路一、芯片失效模式電子元器件失效分析的一般程序和要求

從失效分析的定義、內(nèi)涵及目的可以知道，失效的內(nèi)容主要包括，明確分析對象、確認失效模式、失效定位和機理分析、尋求失效原因、提出預(yù)防措施（包括設(shè)計改進）等。失效分析的結(jié)果要求做到模式準確、機理清晰、原因明確、措施有效。為什么要做失效分析？1.失效分析是要找出失效原因，采取有效措施，使同類失效事故不斷重復(fù)發(fā)生，可避免極大的經(jīng)濟損失和人員傷亡；2.促進科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；3.促進產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性提升；4.失效分析為制定或修改技術(shù)標準提供依據(jù)；5.失效分析也是仲裁失效事故，開展技術(shù)保險業(yè)務(wù)及對外貿(mào)易中索賠的重要依據(jù)。1.先非破壞性分析，后破壞性分析2.分析過程中不能引入新的失效機理3.先外部后內(nèi)部故障現(xiàn)場信息調(diào)查故障模式確認故障定位非破壞性分析半破壞性分析破壞性分析故障分析報告編寫輸出：機理二、失效分析方法電子元器件失效分析介紹-分析流程故障發(fā)生故障確認信息搜集&樣品收集失效分析產(chǎn)品改進效果跟蹤措施固化分析驗證否否失效信息搜集外觀檢查電測故障模擬應(yīng)力試驗失效模式確認物理分析X-ray掃描聲學(xué)密封內(nèi)部氣氛PIND開封/制樣定位失效點紅外熱像SEMFIBEMMISIMS/AES/XPS失效機理確認編寫報告二、失效分析方法電子元器件電功能測試

電測的方法包括功能參數(shù)測試、直流特性測試（IV特性）和失效模擬測試。功能參數(shù)一般對照產(chǎn)品規(guī)范進行，如果有良好樣品進行測試，可以取得事半功倍的效果。電測可能的結(jié)果有：參數(shù)漂移、參數(shù)不合格、開路、短路，也有一定可能與失效現(xiàn)場不一致。ProbeStation(探針臺)檢查內(nèi)容：微小連接點信號引出；失效分析失效確認；FIB電路修改后電學(xué)特性確認；晶圓可靠性驗證I/VCurve(IV曲線量測)檢查內(nèi)容Open/shortTest;I/VCurveAnalysis;IddMeasuring;PoweredLeakage(漏電)Test二、失效分析方法1.外目檢-電子元器件失效外觀檢查（非破壞性檢查）非破壞性，不必打開封裝對樣品進行失效分析的方法：（1）顯微鏡的外觀檢查；（2）X-RAY檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（3）C-SAM掃描內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分層

；（4）顯微鏡紅外熱點探測；（5）磁顯微探測；（6）密封性檢查；（7）多余物檢查（3）C-SAM(超聲波掃描顯微鏡，也稱為SAT)定義：C-SAM是通過發(fā)送高頻超聲波傳送到樣品內(nèi)部，經(jīng)過不同材質(zhì)界面時，由于不同材質(zhì)的聲阻抗不同，對聲波的吸收和反射程度不同，進而采集的反射或者穿透超聲波信息或者相應(yīng)信息變化檢查內(nèi)容：1.材料內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)顆粒、夾雜物、沉淀物2.內(nèi)部裂紋3.分層缺陷4.空洞、氣泡、空隙等SAT效果圖儀器設(shè)備圖（2）X-RAY(X光檢測)分類：體式顯微鏡：也稱立體顯微鏡，景深較大，一般放大倍數(shù)：6-200金相顯微鏡：具有較高的放大倍率，景深小，樣品要求平整，一幫放大倍數(shù)50-1000檢查內(nèi)容：使用低/高倍顯微鏡檢查外部封裝缺陷或者其他可見的芯片缺陷如：封裝開裂（PKGcrack）、引腳短接（shortlead）、擊穿（flashover）、燒蝕點（burnmark）等X-ray效果圖儀器設(shè)備圖（1）顯微鏡外觀檢查定義：是利用陰極射線管產(chǎn)生高能量電子與金屬靶撞擊,在撞擊過程中,因電子突然減速,其損失的動能會以X-Ray形式放出。而對于樣品無法以外觀觀察的情況，利用X-ray穿透不同密度物后，其光強的變化產(chǎn)生的對比效果和形成影像，顯示待測物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而可在不破壞待測物情況，探測待測物內(nèi)部情況檢查內(nèi)容：1.觀測不同封裝的半導(dǎo)體、電阻、電容等電子元器件以及小型PCB印刷電路板2.觀測器件內(nèi)部芯片大小、數(shù)量、疊DIE、綁線情況3.觀測芯片Crack、點膠不均勻、斷線、搭線、內(nèi)部氣泡等封裝缺陷，以及焊錫球冷焊、虛焊等焊接缺陷類別：2DX-ray、立體（3DX-ray/CT）體視顯微鏡金相顯微鏡二、失效分析方法（4）顯微鏡紅外熱點探測適用條件：缺陷和失效點通常會在加電的情況下有異常的熱點，通過探測熱點就可以進行損傷點定位。最新的一種增強型帶鎖定功能的顯微鏡紅外熱成像技術(shù)就可以在不開封的情況下對芯片進行熱點探測，尤其是可以對疊層芯片封裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部芯片進行熱點定位。對短路和漏電流等分析效果最佳檢查內(nèi)容：1.線路短路2.ESD缺陷3.缺陷晶體管和二極管4.器件閂鎖紅外熱點探測原理儀器設(shè)備圖紅外熱點效果圖（5）磁顯微探測適用條件：密封性退化或失效是導(dǎo)致氣密性封裝器件失效的原因之一，如金鋁鍵合的腐蝕失效、芯片內(nèi)部引線之間漏電失效等。因此，需要對密封性進行檢查，常用的方法有兩種：一是氦原子示蹤法，用于檢測細小的泄露，又叫細撿漏；二是氟碳化合物法，用于檢測較大的泄露，又叫粗撿漏檢查內(nèi)容：1.線路短路2.ESD缺陷3.線路漏電（6）密封性檢查儀器設(shè)備圖磁力效果圖適用條件：缺陷和失效點會令器件的磁場發(fā)生變化,通過探測封裝器件內(nèi)部磁場特性，也可以實現(xiàn)無損失效定位分析。最新磁感應(yīng)顯微鏡，在對樣品施加外部電流的條件下，通過探測磁場變化對開路、短路、漏電流等缺陷進行定位。采用磁性探針，在磁性材料表面上方掃描時能感受到樣品雜散磁場微小作用力，并據(jù)此得到產(chǎn)生雜散磁場的表面磁結(jié)構(gòu)信息。檢查內(nèi)容：1.線路短路2.ESD缺陷3.線路漏電氦質(zhì)譜檢漏儀粗檢漏儀器二、失效分析方法（7）可移動多余物識別適用條件：在IC的封裝過程中，由于操作時不小心或其他原因使得電路中芯腔內(nèi)留有多余物，這些多余物如果不能被及時的發(fā)現(xiàn)，就可能使電路在使用過程中，造成短路或者其他失效，使其不能正常工作。在電路芯腔中存在的多余物主要有：碎硅片、硅鋁絲、陶瓷顆粒、頭發(fā)、天花板纖維、焊料、導(dǎo)電膠等確定多余物的方法：1.電測或振動電監(jiān)測法2.X射線照相3.顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）顆粒碰撞噪聲檢測（PIND），是檢驗可移動多余物的主流檢測手段，其原理利用振動臺產(chǎn)生一系列指定機械沖擊和振動，通過沖擊使被束縛在產(chǎn)品中的顆粒松動，再通過一定頻率的振動，使多余物產(chǎn)生位移，位移過程，是多余物相對產(chǎn)品殼體滑動的和撞擊的隨機組合過程，這個過程中會產(chǎn)生應(yīng)力彈性波和聲波。檢測?員可以依據(jù)顯?的信號波形判定出信號性質(zhì)，以此得出檢測結(jié)論。優(yōu)勢：

方法簡單、快捷、精度高劣勢:對不可移動多余物效果不好X射線拍照該方法是用X射線照射電路，通過X射線相片或圖像判斷多余物的成份和尺寸。通常采用兩次照片對比的方法，即拍完第一次后，將電路晃動后再照相。通過多余物的位置變化情況來判斷多余物是否可動。因為這些多余物的成分可以被X射線透過，觀測不到，所以這種方法只能適用在內(nèi)部多余物不能被X射線透射過的電路上。優(yōu)勢：方法簡單儀器設(shè)備圖存在異物效果圖劣勢:對多余物材質(zhì)和密度要求苛刻檢測費用昂貴二、失效分析方法半破壞性分析

是對樣品開封后保留內(nèi)部所有狀態(tài)和信息的分析，具體包括:開封、內(nèi)部氣體分析、多余物取樣、顯微鏡形貌觀察、物理性能分析等。Method

1：開封（也叫元器件開蓋，開帽）-對元器件進行進一步的分析，需要開封元器件，將內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露出來。常用的開發(fā)方法包括機械開封法、化學(xué)開封法、激光開封法等。開封的原則是盡量不破壞樣品的失效信息。

機械開封法機械開封法利用鉆頭或刀具去除芯片的封裝材料，這種開封方法速度慢，可控性差，對結(jié)構(gòu)尺寸微小的芯片不適用。優(yōu)勢：

成本低劣勢:開封前必須通過X射線了解器件封裝結(jié)構(gòu)碎屑容易進入封裝內(nèi)激光開封法激光開封法是由計算機來設(shè)置開封區(qū)域和大小，并且控制激光的能量和掃描次數(shù)，完成對銅引線鍵合封裝器件的開封優(yōu)勢：較化學(xué)開封，效率更高解決化學(xué)開封容易對銅線和內(nèi)部器件造成破壞劣勢機器價格較昂貴化學(xué)開封法通過使用化學(xué)方法或者物理方法將元器件表面的封裝去除，塑料封裝器件需采用化學(xué)腐蝕法開封，又可分為（PLASMA）化學(xué)干法腐蝕和化學(xué)濕法腐蝕兩種。干法主要是利用高壓電產(chǎn)生強電場，引起反應(yīng)室內(nèi)的氣體電離產(chǎn)生等離子體，利用其將環(huán)氧樹脂裂變成粉末濕法主要是用發(fā)硝酸或濃硫酸對塑封材料高效分解作用的蝕刻劑開封

優(yōu)勢：

較機械觀察形貌更完整劣勢:對人體有安全風(fēng)險影響鍵合強度二、失效分析方法半破壞性分析Method2：內(nèi)部氣氛含量分析儀可以有效檢測密封元器件內(nèi)部氣體成分，在電子元器件封裝氣密性檢測領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，是利用破壞性物理實驗方法實現(xiàn)電子元器件密封可靠性檢測的重要設(shè)備。如果內(nèi)部水汽的含量過高，會直接導(dǎo)致金屬等化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。內(nèi)部氣氛分析就是用來對密封腔體內(nèi)氣氛進行定量分析的技術(shù)手段。探針穿刺法現(xiàn)有內(nèi)部氣氛含量分析儀在測量密封元器件及集成電路氣密性時，需要在真空環(huán)境下通過探針穿刺元器件的方法釋放密封元器件內(nèi)部氣體，通過分析被釋放氣體成分完成內(nèi)部氣氛含量分析優(yōu)勢：內(nèi)部氣氛含量分析儀可以有效檢測密封元器件內(nèi)部氣體成分劣勢：

穿刺封裝操作時有可能因為落針位置偏差，使穿刺位置沒有對準空腔體而僅僅穿刺到元器件邊殼上；因為不確定元器件內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)使穿刺針誤扎到內(nèi)部集成芯片，破壞內(nèi)部芯片封裝，引入多余氣氛，最終導(dǎo)致組分分析測量誤差二、失效分析方法半破壞性分析Method3：多余物提取和捕捉方法。多余物往往是造成體積或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的空腔器件或組件發(fā)生短路或玷污失效的原因。通過提取多余物可以查找多余無來源，從而控制和改進。中間開孔法首先將有可動多余物的電路進行PIND試驗，并將其圖形記錄下來；將蓋板磨薄到適當厚度后，用清水洗掉表面的外界多余物，并用酒精擦拭干凈，用經(jīng)過過濾的壓縮空氣吹干蓋板；再用細長而尖銳的圓錐形工具來打孔。孔的直徑一般是0.8mm,用玻璃紙帶將孔蓋住，進行PIND試驗；觀察波形，并與試驗前的波形進行比較，直到無信號出現(xiàn)（無信號出現(xiàn)說明腔體內(nèi)可動多余物已經(jīng)掉到孔里面，并且已被玻璃紙帶黏住）；最后，小心的把玻璃紙袋從蓋板取下，放到顯微鏡下去觀察，判斷多余物性質(zhì)。二、失效分析方法熱點分析技術(shù)

芯片元器件在使用過程中會出現(xiàn)電性能方面的失效，由于芯片是由大量晶體管集成的，因此這類失效往往是由芯片上某個部位的晶體管損壞導(dǎo)致的。分析的時候需要先利用相應(yīng)的工具找到缺陷點，然后著重對此區(qū)域進行分析，找到失效的真正原因。熱點檢測工具：一般采用液晶熱點檢測（LC,LiquidCrystalanalysis）、微光顯微鏡（EMMI,EmissionMicroscope）、激光束電阻異常偵測（OBIRCH,OpticalBeamInducedResistanceChange）原理優(yōu)點缺點圖示液晶熱點檢測芯片表面涂一層薄膜液晶材料通過偏振顯微鏡觀察是五顏六色，如果某區(qū)域材料高于臨界溫度，這個部位會變暗。變暗部位即為熱點。工具：金相顯微鏡（帶偏光裝置）/直流電源或者CurveTracer/加熱設(shè)備(1)速度塊、大概10分鐘能做一次分析；(2)空間分辨率（1um）和熱分辨率（3um）;少量雜質(zhì)也會出現(xiàn)吸熱峰或者放熱峰,影響判斷缺點是電流檢測靈敏度不高,需要mA級電流微光顯微鏡(EMMI)對于故障分析而言，微光顯微鏡(EmissionMicroscope,EMMI)是一種相當有用且效率極高的分析工具。主要偵測IC內(nèi)部所放出光子。在IC元件中，EHP(ElectronHolePairs)Recombination會放出光子(Photon)。。能偵測漏電結(jié);接觸毛刺;(熱電子效應(yīng));閂鎖效應(yīng)；氧化層漏電多晶硅晶須;襯底損傷;(物理損傷)等不會出現(xiàn)亮點的故障-歐姆接觸;金屬互聯(lián)短路;表面反型層;硅導(dǎo)電通路等。OBRICH光誘導(dǎo)電阻變化(OBIRCH)模式能快速準確的進行IC中元件的短路、布線和通孔互聯(lián)中的空洞、金屬中的硅沉積等缺陷。其工作原理是利用激光束在恒定電壓下的器件表面進行掃描，激光束部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，如果金屬互聯(lián)線存在缺陷，缺陷處溫度將無法迅速通過金屬線傳導(dǎo)散開，這將導(dǎo)致缺陷處溫度累計升高，并進一步引起金屬線電阻以及電流變化，通過變化區(qū)域與激光束掃描位置的對應(yīng)，定位缺陷位置。OBIRCH模式具有高分辨能力，其測試精度可達nA級。靈敏度較高(1)設(shè)備價格昂貴，對于厚鋁產(chǎn)品激光穿透性較差(2)分析時間較長，可能達數(shù)天二、失效分析方法破壞性分析

破壞性分析主要包括物理分析定位和微區(qū)微量成分分析，物理分析定位主要包括：芯片剝層、機械剖面制樣、FIB制樣等。微區(qū)微量成分分析：對于電子元器件尤其是半導(dǎo)體器件，表面和內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)和成分決定了器件的性能。成分的異常如表面的玷污、內(nèi)部材料和相互滲透及滲透摻雜缺陷則可能是失效的直接原因。因為在元器件失效分析中，也需要對微區(qū)的成分進行探測和分析。由于元器件內(nèi)部具有細微結(jié)構(gòu)和微量成分的特點，微區(qū)成分分析需要具備在微米、納米尺度上進行PPM甚至PPB級分析的能力。（1）芯片剝層（De-layer）工作原理：失效分析必須根據(jù)實際情況采用多種手段，通過如反應(yīng)離子蝕刻（RIE）,濕法腐蝕、FIB蝕刻等設(shè)備進行包括去鈍化層、去金屬化層、去層間介質(zhì)等處理檢查內(nèi)容：1.觀測多層結(jié)構(gòu)下層或者金屬化有源區(qū)（2）切割研磨工作原理：主要是用來觀察產(chǎn)品縱剖面結(jié)構(gòu)及失效缺陷橫截面的一種機械方法。檢查內(nèi)容：1.觀察分層情況及焊點截面的結(jié)合情況等2.觀察封裝體內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.通過截面分析可以測量芯片厚度，觀察芯片封裝膠均勻性及焊接點的形狀等4.觀察芯片工藝，如金屬層數(shù)、厚度等二、失效分析方法（3）FIB(聚焦離子束顯微鏡)工作原理：將液態(tài)的金屬離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過離子槍加速聚焦后，照射在樣品表面產(chǎn)生二次電子信號，并且利用物理碰撞來達到切割的目的。聚焦離子束是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小的尺寸的顯微切割儀器（微納米結(jié)構(gòu)加工）檢查內(nèi)容：1.定點切割-利用離子的物理碰撞達到切割目的2.芯片電路修改和布局驗證3.ProbingPad–測試點的沉積4.Cross-Section截面分析（4）SEM/EDX（形貌觀測、成分分析）工作原理：掃描電鏡（SEM）可以直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進行微觀成像；EDX是借助于分析式樣發(fā)生的元素特性，X射線波長和強度來實現(xiàn)的，根據(jù)不同元素的X波長判斷被測式樣所含的元素。檢查內(nèi)容：1.材料表面形貌分析，微區(qū)形貌觀察2.材料形狀、大小、表面、斷面、粒徑分布分析3.薄膜樣品表面形貌觀察、薄膜粗糙度及膜厚分析4.納米尺寸量測及標示5.微區(qū)成分定性定量分析二、失效分析方法芯片分析案例-錫焊橋連分析項目圖片結(jié)論外觀未見明顯異常X射線PIN22與相鄰基島錫球疑似有金屬橋連（方框處）圖示儀驗證與良品對比發(fā)現(xiàn)，PIN22與基島之間短路失效切割：SEM/EDX對疑似金屬橋連位置進行切割并進行SEM/EDX分析發(fā)現(xiàn)，PIN22與基島錫球之間有金屬錫橋連，并且橋連位置下方有非樹脂填充物，經(jīng)EDX檢測含C、O、Si元素背景：在客戶終端進行系統(tǒng)級封裝新產(chǎn)品試制驗證,發(fā)現(xiàn)1個樣品失效,經(jīng)客戶端X射線檢查分析發(fā)現(xiàn)