電子元器件失效分析 ----

   失效分析基本概念

   1.進(jìn)行失效分析往往需要進(jìn)行電測(cè)量并采用的物理、冶金及化學(xué)的分析手段。

   2.失效分析的目的是確定失效模式和失效機(jī)理，提出糾正措施，防止這種失效模式和失效機(jī)理的重復(fù)出現(xiàn)。

   3.失效模式是指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。

   4.失效機(jī)理是指失效的物理化學(xué)過程，如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力等。

   失效分析的意義

   1.失效分析是確定芯片失效機(jī)理的必要手段。

   2.失效分析為有效的故障診斷提供了必要的信息。

   3.失效分析為設(shè)計(jì)工程師不斷改進(jìn)或者修復(fù)芯片的設(shè)計(jì)，使之與設(shè)計(jì)規(guī)范更加吻合提供必要的反饋信息。

   4.失效分析可以評(píng)估不同測(cè)試向量的有效性，為生產(chǎn)測(cè)試提供必要的補(bǔ)充，為驗(yàn)證測(cè)試流程優(yōu)化提供必要的信息基礎(chǔ)。

   電子器件失效分析的種類：

   器件開路失效分析           電遷移失效           EOS失效

   器件短路失效分析           腐蝕失效             ESD分析

   器件參數(shù)漂移分析           潮敏失效分析         機(jī)械應(yīng)力失效

   功能失效分析               燒毀失效             各類元器件PFA分析

電子元器件檢測(cè)產(chǎn)品范圍：

失效分析流程及設(shè)備：

封裝級(jí)分析：

芯片級(jí)分析：

失效分析主要步驟和內(nèi)容

   芯片開封：

   去除IC封膠，同時(shí)保持芯片功能的完整無損，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受損傷，為下一步芯片失效分析實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

   SEM 掃描電鏡/EDX成分分析：

   包括材料結(jié)構(gòu)分析/缺陷觀察、元素組成常規(guī)微區(qū)分析、測(cè)量元器件尺寸等等。 探針測(cè)試：以微探針快捷方便地獲取IC內(nèi)部電信號(hào)。

   鐳射切割：

   以微激光束切斷線路或芯片上層特定區(qū)域。

   EMMI偵測(cè)：

   EMMI微光顯微鏡是一種效率的失效分錯(cuò)析工具，提供高靈敏度非破壞性的故障定位方式，可偵測(cè)和定位非常微弱的發(fā)光（可見光及近紅外光），由此捕捉各種元件缺陷或異常所產(chǎn)生的漏電流可見光。

   OBIRCH應(yīng)用（鐳射光束誘發(fā)阻抗值變化測(cè)試）：

   OBIRCH常用于芯片內(nèi)部高阻抗及低阻抗分析，線路漏電路徑分析。利用OBIRCH方法，可以有效地對(duì)電路中缺陷定位，如線條中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻區(qū)等，也能有效的檢測(cè)短路或漏電,是發(fā)光顯微技術(shù)的有力補(bǔ)充。

   LG液晶熱點(diǎn)偵測(cè)：

   利用液晶感測(cè)到IC漏電處分子排列重組，在顯微鏡下呈現(xiàn)出不同于其它區(qū)域的斑狀影像，找尋在實(shí)際分析中困擾設(shè)計(jì)人員的漏電區(qū)域（超過10mA之故障點(diǎn)）。

   定點(diǎn)/非定點(diǎn)芯片研磨：

   移除植于液晶驅(qū)動(dòng)芯片 Pad上的金凸塊， 保持Pad完好無損，以利后續(xù)分析或rebonding。

   X-Ray 無損偵測(cè)：

   檢測(cè)IC封裝中的各種缺陷如層剝離、爆裂、空洞以及打線的完整性，PCB制程中可能存在的缺陷如對(duì)齊不良或橋接，開路、短路或不正常連接的缺陷，封裝中的錫球完整性。

   SAM (SAT)超聲波探傷：

   可對(duì)IC封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行非破壞性檢測(cè), 有效檢出因水氣或熱能所造成的各種破壞如：o晶元面脫層，o錫球、晶元或填膠中的裂縫，o封裝材料內(nèi)部的氣孔，o各種孔洞如晶元接合面、錫球、填膠等處的孔洞。

   失效分析的一般程序

1、  收集現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)數(shù)據(jù)

2、電測(cè)并確定失效模式

電測(cè)失效可分為連接性失效、電參數(shù)失效和功能失效。

連接性失效包括開路、短路以及電阻值變化。這類失效容易測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)失效多數(shù)由靜電放電(ESD)和過電應(yīng)力(EOS)引起。

電參數(shù)失效，需進(jìn)行較復(fù)雜的測(cè)量，主要表現(xiàn)形式有參數(shù)值超出規(guī)定范圍(超差)和參數(shù)不穩(wěn)定。

確認(rèn)功能失效，需對(duì)元器件輸入一個(gè)已知的激勵(lì)信號(hào)，測(cè)量輸出結(jié)果。如測(cè)得輸出狀態(tài)與預(yù)計(jì)狀態(tài)相同，則元器件功能正常，否則為失效,功能測(cè)試主要用于集成電路。

三種失效有一定的相關(guān)性,即一種失效可能引起其它種類的失效。功能失效和電參數(shù)失效的根源時(shí)?？蓺w結(jié)于連接性失效。在缺乏復(fù)雜功能測(cè)試設(shè)備和測(cè)試程序的情況下，有可能用簡(jiǎn)單的連接性測(cè)試和參數(shù)測(cè)試方法進(jìn)行電測(cè)，結(jié)合物理失效分析技術(shù)的應(yīng)用仍然可獲得令人滿意的失效分析結(jié)果。

2、  非破壞檢查

X-Ray檢測(cè)，即為在不破壞芯片情況下，利用X射線透視元器件(多方向及角度可選)，檢測(cè)元器件的封裝情況，如氣泡、邦定線異常，晶粒尺寸，支架方向等。

適用情境：檢查邦定有無異常、封裝有無缺陷、確認(rèn)晶粒尺寸及layout

   優(yōu)勢(shì)：工期短，直觀易分析

   劣勢(shì)：獲得信息有限

   局限性：

   1、相同批次的器件，不同封裝生產(chǎn)線的器件內(nèi)部形狀略微不同;

   2、內(nèi)部線路損傷或缺陷很難檢查出來，必須通過功能測(cè)試及其他試驗(yàn)獲得。

   4、打開封裝

   開封方法有機(jī)械方法和化學(xué)方法兩種,按封裝材料來分類，微電子器件的封裝種類包括玻璃封裝(二極管)、金屬殼封裝、陶瓷封裝、塑料封裝等。

   機(jī)械開封

   化學(xué)開封

5、顯微形貌像技術(shù)

   光學(xué)顯微鏡分析技術(shù)

   掃描電子顯微鏡的二次電子像技術(shù)

   電壓效應(yīng)的失效定位技術(shù)

6、半導(dǎo)體主要失效機(jī)理分析

正常芯片電壓襯度像         失效芯片電壓襯度像         電壓襯度差像

   電應(yīng)力(EOD)損傷

   靜電放電(ESD)損傷

   封裝失效

引線鍵合失效：

   芯片粘接不良

   金屬半導(dǎo)體接觸退化

   鈉離子沾污失效

   氧化層針孔失效

案例分析：

   X-Ray 探傷----氣泡、邦定線

X-Ray 真?zhèn)舞b別----空包彈(圖中可見，未有晶粒)

           “徒有其表”                       這個(gè)才是貨真價(jià)實(shí)的

X-Ray用于產(chǎn)地分析(下圖中同品牌同型號(hào)的芯片)   X-Ray 用于失效分析(PCB探傷、分析)

(下面這個(gè)密密麻麻的圓點(diǎn)就是BGA的錫珠。下圖我們可以看出，這個(gè)芯片實(shí)際上是BGA二次封裝的)