「检测知识」实验室常用芯片失效分析的方法及手段

一般来说，芯片在研发、生产过程中出现错误是不可避免的，就如房缺补漏一样，哪里出了问题你仅要解决问题，还要思考为什么会出现问题。随着人们对产品质量和可靠性要求的不断提高，失效分析工作也显得越来越重要，社会的发展就是一个发现问题解决问题的过程，出现问题不可怕，但频繁出现同一类问题是非常可怕的。本文主要探讨的就是如何进行有效的芯片失效分析的解决方案以及常见的分析手段。

失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及。它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。 失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。

常用芯片失效分析方法

一：X-RAY检查

1，X-RAY含义：

X-RAY射线又称伦琴射线，一种波长很短的电磁辐射，由德国物理学家伦琴在1895年发现。一般指电子能量发生很大变化时放出的短波辐射，能透过许多普通光不能透过的固态物质。利用可靠性分析室里的X-RAY分析仪，可检查产品的金丝情况和树脂体内气孔情况，以及芯片下面导电胶内的气泡，导电胶的分布范围情况。 

2，X-RAY检查原则 

不良情况     原因或责任者  

球脱      组装  

点脱      如大量点脱是同一只脚，则为组装不良。如点脱金丝形状较规则，则为组装或包封之前L/F变形，运转过程中震动，上料框架牵拉过大，L/F打在予热台上动作大，两道工序都要检查。如点脱金丝弧度和旁边的金丝弧度差不多，则为组装造成。  

整体冲歪，乱，断     为包封不良，原因为吹模不尽，料饼沾有生粉，予热不当或不均匀，工艺参数不当，洗模异常从而导致模塑料在型腔中流动异常。  

个别金丝断     组装擦断或产品使用时金丝熔断。  

只有局部冲歪     多数为包封定位时动作过大，牵拉上料框架时造成，也有部份为内部气泡造成。  

金丝相碰     弧度正常，小于正常冲歪率时，为装片或焊点位置欠妥  

内焊脚偏移     多数为组装碰到内引脚。  

塌丝     多数为排片时碰到。  

导电胶分布情况     应比芯片面积稍大，且呈基本对称情形。 

二：超声清洗

1，清洗仅用来分析电性能有异常的，失效可能与外壳或芯片表面污染有关的器件。此时应确认封装无泄漏，目的是清除外壳上的污染物。清洗前应去除表面上任何杂物，再重测电参数，如仍失效再进行清洗，清洗后现测电参数，对比清洗前后的电参数变化。清洗剂应选用不损坏外壳的，通常使用丙酮，乙醇，甲苯，清洗后再使用纯水清洗，最后用丙酮，无水乙醇等脱水，再烘干。清洗要确保不会带来由于清洗剂而引起的失效。 

2，超声检测分析 

SAT—即超声波形显示检查。 

超声波，指频率超过20KHZ的声波（人耳听不见，频率低于２０HZ的声波称为次声波），它的典型特征：碰到气体100%反射，在不同物质分界面产生反射,和光一样直线传播。 

SAT就是利用这些超声波特征来对产品内部进行检测，以确定产品密封性是否符合要求，产品是否有内部离层。 

3，超声判别原则 

芯片表面不可有离层 

镀银脚精压区域不可有离层 

内引脚部分离层相连的面积不可超过胶体正面面积的20%或引脚通过离层相连的脚数不可超过引脚总数的1/5　 

芯片四周导电胶造成的离层在做可靠性试验通过或做Bscan时未超出芯片高度的2/3应认为正常。 

判断超声图片时要以波形为准，要注意对颜色黑白异常区域的波形检查  

4，超声检查时应注意  

对焦一定要对好，可反复调整，直到扫描出来的图像很“干脆”，不出现那种零零碎碎的红点。 

注意增益，扫描出来的图像不能太亮，也不能太暗。 

注意产品不能放反，产品表面不能有任何如印记之类造成的坑坑洼洼，或其它杂质，气泡。 

探头有高频和低频之分，针对不同产品选用不同的探头（由分析室工作人员调整）。通常树脂体厚的产品，采用低频探头，否则采用高频探头。因频率高穿透能力差。 

三：开帽/开盖

1，高分子的树脂体在热的浓硝酸（98%）或浓硫酸作用下，被腐去变成易溶于丙酮的低分子化合物，在超声作用下，低分子化合物被清洗掉，从而露出芯片表层。 

2，开帽方法： 

取一块不锈钢板，上铺一层薄薄的黄沙（也可不加沙产品直接在钢板上加热），放在电炉上加热，砂温要达100-1５0度，将产品放在砂子上，芯片正面方向向上，用吸管吸取少量的发烟硝酸（浓度>98%）。滴在产品表面，这时树脂表面起化学反应，且冒出气泡，待反应稍止再滴，这样连滴5-10滴后，用镊子夹住，放入盛有丙酮的烧杯中，在超声机中清洗2-5分钟后，取出再滴，如此反复，直到露出芯片为止，最后必须以干净的丙酮反复清洗确保芯片表面无残留物。 

将所有产品一次性放入98%的浓硫酸中煮沸。这种方法对于量多且只要看芯片是否破裂的情况较合适。缺点是操作较危险。要掌握要领。 

3，开帽注意点： 

所有一切操作均应在通风柜中进行，且要戴好防酸手套。 

产品开帽越到最后越要少滴酸，勤清洗，以避免过腐蚀。 

清洗过程中注意镊子勿碰到金丝和芯片表面，以免擦伤芯片和金丝。 

根据产品或分析要求有的开帽后要露出芯片下面的导电胶.,或者第二点. 

另外，有的情况下要将已开帽产品按排重测。此时应首先放在80倍显微镜下观察芯片上金丝是否断，塌丝，如无则用刀片刮去管脚上黑膜后送测。 

注意控制开帽温度不要太高。 

4，分析中常用酸： 

浓硫酸。这里指98%的浓硫酸,它有强烈的脱水性,吸水性和氧化性。开帽时用来一次性煮大量的产品，这里利用了它的脱水性和强氧化性。 

浓盐酸。指37%（V/V）的盐酸，有强烈的挥发性，氧化性。分析中用来去除芯片上的铝层。 

发烟硝酸，指浓度为98%（V/V）的硝酸。用来开帽。有强烈的挥发性，氧化性，因溶有NO2而呈红褐色。 

王水，指一体积浓硝酸和三体积浓盐酸的混合物。分析中用来腐金球，因它腐蚀性很强可腐蚀金。  

四：内部目检: 

1，视产品不同分别放在200倍或500倍金相显微镜下或立体显微下仔细观察芯片表面是否有裂缝，断铝，擦伤，烧伤，沾污等异常。对于芯片裂缝要从反面开帽以观察芯片反面有否装片时顶针顶坏点，因为正面开帽取下芯片时易使芯片破裂。反面的导电胶可用硝酸慢慢腐，再用较软的细铜丝轻轻刮去。 

2，腐球分析 

将已开帽的产品放在加热到沸腾的10%—20%的KOH（或NaOH）溶液中或加热到沸腾的王水（即3：1的浓盐酸和浓硝酸混合溶液）中。浸泡约3到5分钟（个别产品浸泡时间要求较长，达10分钟以上）。在100到200倍显微镜下用细针头轻轻将金丝从芯片上移开（注意勿碰到芯片），如发现金球仍牢牢地粘在芯片上，则说明还需再腐球，千万不要硬拉金丝，以免造成人为的凹坑，造成误判。 

3，分析过程中要检查的内容 

五：外部目检

1，内容：是否有树脂体裂缝，管脚间杂物致短路，管脚是否被拉出树脂体，管脚根部是否露铜，管脚和树脂体是否被沾污，管脚是否弯曲变形等不良。 

X-RAY  是否有球脱、点脱、整体冲歪，金丝乱，断、局部冲歪、塌丝、金丝相碰、焊脚偏移、胶体空洞、焊料空洞，焊料覆盖面积，管脚间是否有杂物导致管脚短路等异常。 

超声检测。是否有芯片表面、焊线第二点、胶体与引线框之间等的内部离层。 

2，开帽后的内部目检。

（1）用30-50倍立体显微镜检查：键合线过长而下塌碰坏芯片；键合线尾部过长而引起短路；键合线颈部损伤或引线断裂；键合点或键合线被腐蚀；键合点尽寸或位置不当；芯片粘接材料用量不当或裂缝；芯片抬起，芯片取向不当，芯片裂缝；多余的键合线头或外来颗粒等。

（2）金属化，薄膜电阻器缺陷在50-200倍显微镜下检查，主要有腐蚀，烧毁，严重的机械损伤；光刻缺陷，电迁移现象，金属化层过薄，台阶断铝，表面粗糙发黑，外来物沾污等。

（3）金属化覆盖接触孔不全，氧化层/钝化层缺陷出现在金属化条下面或有源区内，钝化层裂纹或划伤。  

腐球分析。主要目的是检查球焊时采用的工艺是否对压焊区造成不良影响如弹坑即压区破裂。此时对其它部位可检查可忽略。 

以上便是此次创芯检测带来的“芯片失效分析”相关内容，希望能对大家有所帮助，我们将于后期带来更多精彩内容。公司检测服务范围涵盖：电子元器件测试验证、IC真假鉴别，产品设计选料、失效分析，功能检测、工厂来料检验以及编带等多种测试项目。欢迎致电创芯检测，我们将竭诚为您服务。