「檢測知識」實驗室常用芯片失效分析的方法及手段

一般來說，芯片在研發(fā)、生產(chǎn)過程中出現(xiàn)錯誤是不可避免的，就如房缺補漏一樣，哪里出了問題你僅要解決問題，還要思考為什么會出現(xiàn)問題。隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性要求的不斷提高，失效分析工作也顯得越來越重要，社會的發(fā)展就是一個發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程，出現(xiàn)問題不可怕，但頻繁出現(xiàn)同一類問題是非?？膳碌?。本文主要探討的就是如何進行有效的芯片失效分析的解決方案以及常見的分析手段。

失效分析是一門發(fā)展中的新興學(xué)科，近年開始從軍工向普通企業(yè)普及。它一般根據(jù)失效模式和現(xiàn)象，通過分析和驗證，模擬重現(xiàn)失效的現(xiàn)象，找出失效的原因，挖掘出失效的機理的活動。失效分析是確定芯片失效機理的必要手段。失效分析為有效的故障診斷提供了必要的信息。失效分析為設(shè)計工程師不斷改進或者修復(fù)芯片的設(shè)計，使之與設(shè)計規(guī)范更加吻合提供必要的反饋信息。 失效分析可以評估不同測試向量的有效性，為生產(chǎn)測試提供必要的補充，為驗證測試流程優(yōu)化提供必要的信息基礎(chǔ)。

常用芯片失效分析方法

一：X-RAY檢查

1，X-RAY含義：

X-RAY射線又稱倫琴射線，一種波長很短的電磁輻射，由德國物理學(xué)家倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)。一般指電子能量發(fā)生很大變化時放出的短波輻射，能透過許多普通光不能透過的固態(tài)物質(zhì)。利用可靠性分析室里的X-RAY分析儀，可檢查產(chǎn)品的金絲情況和樹脂體內(nèi)氣孔情況，以及芯片下面導(dǎo)電膠內(nèi)的氣泡，導(dǎo)電膠的分布范圍情況。 

2，X-RAY檢查原則 

不良情況     原因或責(zé)任者  

球脫      組裝  

點脫      如大量點脫是同一只腳，則為組裝不良。如點脫金絲形狀較規(guī)則，則為組裝或包封之前L/F變形，運轉(zhuǎn)過程中震動，上料框架牽拉過大，L/F打在予熱臺上動作大，兩道工序都要檢查。如點脫金絲弧度和旁邊的金絲弧度差不多，則為組裝造成。  

整體沖歪，亂，斷     為包封不良，原因為吹模不盡，料餅沾有生粉，予熱不當(dāng)或不均勻，工藝參數(shù)不當(dāng)，洗模異常從而導(dǎo)致模塑料在型腔中流動異常。  

個別金絲斷     組裝擦斷或產(chǎn)品使用時金絲熔斷。  

只有局部沖歪     多數(shù)為包封定位時動作過大，牽拉上料框架時造成，也有部份為內(nèi)部氣泡造成。  

金絲相碰     弧度正常，小于正常沖歪率時，為裝片或焊點位置欠妥  

內(nèi)焊腳偏移     多數(shù)為組裝碰到內(nèi)引腳。  

塌絲     多數(shù)為排片時碰到。  

導(dǎo)電膠分布情況     應(yīng)比芯片面積稍大，且呈基本對稱情形。 

二：超聲清洗

1，清洗僅用來分析電性能有異常的，失效可能與外殼或芯片表面污染有關(guān)的器件。此時應(yīng)確認(rèn)封裝無泄漏，目的是清除外殼上的污染物。清洗前應(yīng)去除表面上任何雜物，再重測電參數(shù)，如仍失效再進行清洗，清洗后現(xiàn)測電參數(shù)，對比清洗前后的電參數(shù)變化。清洗劑應(yīng)選用不損壞外殼的，通常使用丙酮，乙醇，甲苯，清洗后再使用純水清洗，最后用丙酮，無水乙醇等脫水，再烘干。清洗要確保不會帶來由于清洗劑而引起的失效。 

2，超聲檢測分析 

SAT—即超聲波形顯示檢查。 

超聲波，指頻率超過20KHZ的聲波（人耳聽不見，頻率低于２０HZ的聲波稱為次聲波），它的典型特征：碰到氣體100%反射，在不同物質(zhì)分界面產(chǎn)生反射,和光一樣直線傳播。 

SAT就是利用這些超聲波特征來對產(chǎn)品內(nèi)部進行檢測，以確定產(chǎn)品密封性是否符合要求，產(chǎn)品是否有內(nèi)部離層。 

3，超聲判別原則 

芯片表面不可有離層 

鍍銀腳精壓區(qū)域不可有離層 

內(nèi)引腳部分離層相連的面積不可超過膠體正面面積的20%或引腳通過離層相連的腳數(shù)不可超過引腳總數(shù)的1/5　 

芯片四周導(dǎo)電膠造成的離層在做可靠性試驗通過或做Bscan時未超出芯片高度的2/3應(yīng)認(rèn)為正常。 

判斷超聲圖片時要以波形為準(zhǔn)，要注意對顏色黑白異常區(qū)域的波形檢查  

4，超聲檢查時應(yīng)注意  

對焦一定要對好，可反復(fù)調(diào)整，直到掃描出來的圖像很“干脆”，不出現(xiàn)那種零零碎碎的紅點。 

注意增益，掃描出來的圖像不能太亮，也不能太暗。 

注意產(chǎn)品不能放反，產(chǎn)品表面不能有任何如印記之類造成的坑坑洼洼，或其它雜質(zhì)，氣泡。 

探頭有高頻和低頻之分，針對不同產(chǎn)品選用不同的探頭（由分析室工作人員調(diào)整）。通常樹脂體厚的產(chǎn)品，采用低頻探頭，否則采用高頻探頭。因頻率高穿透能力差。 

三：開帽/開蓋

1，高分子的樹脂體在熱的濃硝酸（98%）或濃硫酸作用下，被腐去變成易溶于丙酮的低分子化合物，在超聲作用下，低分子化合物被清洗掉，從而露出芯片表層。 

2，開帽方法： 

取一塊不銹鋼板，上鋪一層薄薄的黃沙（也可不加沙產(chǎn)品直接在鋼板上加熱），放在電爐上加熱，砂溫要達100-1５0度，將產(chǎn)品放在砂子上，芯片正面方向向上，用吸管吸取少量的發(fā)煙硝酸（濃度>98%）。滴在產(chǎn)品表面，這時樹脂表面起化學(xué)反應(yīng)，且冒出氣泡，待反應(yīng)稍止再滴，這樣連滴5-10滴后，用鑷子夾住，放入盛有丙酮的燒杯中，在超聲機中清洗2-5分鐘后，取出再滴，如此反復(fù)，直到露出芯片為止，最后必須以干凈的丙酮反復(fù)清洗確保芯片表面無殘留物。 

將所有產(chǎn)品一次性放入98%的濃硫酸中煮沸。這種方法對于量多且只要看芯片是否破裂的情況較合適。缺點是操作較危險。要掌握要領(lǐng)。 

3，開帽注意點： 

所有一切操作均應(yīng)在通風(fēng)柜中進行，且要戴好防酸手套。 

產(chǎn)品開帽越到最后越要少滴酸，勤清洗，以避免過腐蝕。 

清洗過程中注意鑷子勿碰到金絲和芯片表面，以免擦傷芯片和金絲。 

根據(jù)產(chǎn)品或分析要求有的開帽后要露出芯片下面的導(dǎo)電膠.,或者第二點. 

另外，有的情況下要將已開帽產(chǎn)品按排重測。此時應(yīng)首先放在80倍顯微鏡下觀察芯片上金絲是否斷，塌絲，如無則用刀片刮去管腳上黑膜后送測。 

注意控制開帽溫度不要太高。 

4，分析中常用酸： 

濃硫酸。這里指98%的濃硫酸,它有強烈的脫水性,吸水性和氧化性。開帽時用來一次性煮大量的產(chǎn)品，這里利用了它的脫水性和強氧化性。 

濃鹽酸。指37%（V/V）的鹽酸，有強烈的揮發(fā)性，氧化性。分析中用來去除芯片上的鋁層。 

發(fā)煙硝酸，指濃度為98%（V/V）的硝酸。用來開帽。有強烈的揮發(fā)性，氧化性，因溶有NO2而呈紅褐色。 

王水，指一體積濃硝酸和三體積濃鹽酸的混合物。分析中用來腐金球，因它腐蝕性很強可腐蝕金。  

四：內(nèi)部目檢: 

1，視產(chǎn)品不同分別放在200倍或500倍金相顯微鏡下或立體顯微下仔細(xì)觀察芯片表面是否有裂縫，斷鋁，擦傷，燒傷，沾污等異常。對于芯片裂縫要從反面開帽以觀察芯片反面有否裝片時頂針頂壞點，因為正面開帽取下芯片時易使芯片破裂。反面的導(dǎo)電膠可用硝酸慢慢腐，再用較軟的細(xì)銅絲輕輕刮去。 

2，腐球分析 

將已開帽的產(chǎn)品放在加熱到沸騰的10%—20%的KOH（或NaOH）溶液中或加熱到沸騰的王水（即3：1的濃鹽酸和濃硝酸混合溶液）中。浸泡約3到5分鐘（個別產(chǎn)品浸泡時間要求較長，達10分鐘以上）。在100到200倍顯微鏡下用細(xì)針頭輕輕將金絲從芯片上移開（注意勿碰到芯片），如發(fā)現(xiàn)金球仍牢牢地粘在芯片上，則說明還需再腐球，千萬不要硬拉金絲，以免造成人為的凹坑，造成誤判。 

3，分析過程中要檢查的內(nèi)容 

五：外部目檢

1，內(nèi)容：是否有樹脂體裂縫，管腳間雜物致短路，管腳是否被拉出樹脂體，管腳根部是否露銅，管腳和樹脂體是否被沾污，管腳是否彎曲變形等不良。 

X-RAY  是否有球脫、點脫、整體沖歪，金絲亂，斷、局部沖歪、塌絲、金絲相碰、焊腳偏移、膠體空洞、焊料空洞，焊料覆蓋面積，管腳間是否有雜物導(dǎo)致管腳短路等異常。 

超聲檢測。是否有芯片表面、焊線第二點、膠體與引線框之間等的內(nèi)部離層。 

2，開帽后的內(nèi)部目檢。

（1）用30-50倍立體顯微鏡檢查：鍵合線過長而下塌碰壞芯片；鍵合線尾部過長而引起短路；鍵合線頸部損傷或引線斷裂；鍵合點或鍵合線被腐蝕；鍵合點盡寸或位置不當(dāng)；芯片粘接材料用量不當(dāng)或裂縫；芯片抬起，芯片取向不當(dāng)，芯片裂縫；多余的鍵合線頭或外來顆粒等。

（2）金屬化，薄膜電阻器缺陷在50-200倍顯微鏡下檢查，主要有腐蝕，燒毀，嚴(yán)重的機械損傷；光刻缺陷，電遷移現(xiàn)象，金屬化層過薄，臺階斷鋁，表面粗糙發(fā)黑，外來物沾污等。

（3）金屬化覆蓋接觸孔不全，氧化層/鈍化層缺陷出現(xiàn)在金屬化條下面或有源區(qū)內(nèi)，鈍化層裂紋或劃傷。  

腐球分析。主要目的是檢查球焊時采用的工藝是否對壓焊區(qū)造成不良影響如彈坑即壓區(qū)破裂。此時對其它部位可檢查可忽略。 

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