芯片失效步骤及其失效难题分析

carlshen1989 2021-12-20

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芯片失效分析的主要步骤

芯片开封：去除IC封胶，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备。

SEM 扫描电镜/EDX成分分析：包括材料结构分析/缺陷观察、元素组成常规微区分析、精确测量元器件尺寸等等。探针测试：以微探针快捷方便地获取IC内部电信号。

镭射切割：以微激光束切断线路或芯片上层特定区域。

EMMI侦测：EMMI微光显微镜是一种效率极高的失效分错析工具，提供高灵敏度非破坏性的故障定位方式，可侦测和定位非常微弱的发光（可见光及近红外光），由此捕捉各种元件缺陷或异常所产生的漏电流可见光。

OBIRCH应用（镭射光束诱发阻抗值变化测试）：OBIRCH常用于芯片内部高阻抗及低阻抗分析，线路漏电路径分析。利用OBIRCH方法，可以有效地对电路中缺陷定位，如线条中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻区等，也能有效的检测短路或漏电,是发光显微技术的有力补充。

LG液晶热点侦测：利用液晶感测到IC漏电处分子排列重组，在显微镜下呈现出不同于其它区域的斑状影像，找寻在实际分析中困扰设计人员的漏电区域（超过10mA之故障点）。

定点/非定点芯片研磨：移除植于液晶驱动芯片 Pad上的金凸块，保持Pad完好无损，以利后续分析或rebonding。

X-Ray 无损侦测：检测IC封装中的各种缺陷如层剥离、爆裂、空洞以及打线的完整性，PCB制程中可能存在的缺陷如对齐不良或桥接，开路、短路或不正常连接的缺陷，封装中的锡球完整性。

SAM (SAT)超声波探伤：可对IC封装内部结构进行非破坏性检测, 有效检出因水气或热能所造成的各种破坏如：o晶元面脱层，o锡球、晶元或填胶中的裂缝，o封装材料内部的气孔，o各种孔洞如晶元接合面、锡球、填胶等处的孔洞。

关于芯片失效的难题

对于失效分析，应用个工程师觉得这是最棘手的问题之一。因为芯片失效问题通常是在量产阶段，甚至是出货后才开始被真正意识到，此时可能仅有零零散散的几个失效样品，但这样的比例足以让品质部追着研发工程师进行一个详尽的原因分析。

对于研发工程师，在排查完外围电路、生产工艺制程可能造成的损伤后，更多的还需要原厂给予支持进行剖片分析。

但是由于缺乏专业的分析设备，芯片内部设计的保密性不可能让工程师了解得太多，因此对于原厂给予出来的分析报告，工程师很多时候其实处于“被动接受”的处境。

虽然无法了解芯片内部的设计，但其实我们可以了解芯片厂商相关失效分析手法，至少在提供给你的报告上，该有的失效分析是否是严瑾，数据是否可靠，你可以做出一定的判断——

01 电子显微镜查看表面异常

失效的芯片样品到了芯片厂商手里后，首先要做的必然是用高放大倍数的电子显微镜查看芯片表面在物理层面上是否有异常问题，如裂痕、连锡、霉变等异常现象。

02 X-Ray查看芯片封装异常

X射线在穿越不同密度物质后光强度会产生变化，在无需破坏待测物的情况下利用其产生的对比效果形成的影像可以显示出待测物的内部结构。IC封装中如层剥离、爆裂、空洞、打线等问题都可以用XRay进行完整性检验。

03 CSAM扫描声学显微镜

扫描声学显微镜利用高频超声波在材料不连续界面上反射产生的振幅及相位与极性变化来成像，典型的SAM图像以红色的警示色表示缺陷所在。

SAM和XRay是一种相互补充的手法，X-Ray对于分层的空气不敏感，所得出的图像是样品厚度的一个合成体，而SAM可以分层展现样品内部一层层的图像，因此对于焊接层、填充层、涂覆层等的完整性检测是SAM的优势。

04 激光诱导定位漏电结

给IC加上电压，使其内部有微小电流流过，在检测微电流是否产生变化的同时在芯片表面用激光进行扫描。由于激光束在芯片中部分转化为热能，因此如果芯片内部存在漏电结，缺陷处温度将无法正常传导散开，导致缺陷处温度累计升高，并进一步引起缺陷处电阻及电流的变化。

通过变化区域与激光束扫描位置的对应，即可定位出缺陷位置。该技术是早年日本NEC发明并申请的专利技术，叫OBIRCH（加电压检测电流变化），与该分析手法相似的有TIVA（加电流检测电压变化）、VBA（加电压检测电压变化），这三种分析手法本质相同，只是为了规避专利侵权而做的不同检测方式而已（TIVA为美国技术专利，VBA为新加坡技术专利）。