電子元器件失效分析 ----

   失效分析基本概念

   1.進行失效分析往往需要進行電測量并采用*的物理、冶金及化學的分析手段。

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

   3.失效模式是指觀察到的失效現象、失效形式，如開路、短路、參數漂移、功能失效等。

   4.失效機理是指失效的物理化學過程，如疲勞、腐蝕和過應力等。

   失效分析的意義

   1.失效分析是確定芯片失效機理的必要手段。

   2.失效分析為有效的故障診斷提供了必要的信息。

   3.失效分析為設計工程師不斷改進或者修復芯片的設計，使之與設計規范更加吻合提供必要的反饋信息。

   4.失效分析可以評估不同測試向量的有效性，為生產測試提供必要的補充，為驗證測試流程優化提供必要的信息基礎。

   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

   器件參數漂移分析           潮敏失效分析         機械應力失效

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

電子元器件檢測產品范圍：

失效分析流程及設備：

封裝級分析：

芯片級分析：

失效分析主要步驟和內容

   芯片開封：

   去除IC封膠，同時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驗做準備。

   SEM 掃描電鏡/EDX成分分析：

   包括材料結構分析/缺陷觀察、元素組成常規微區分析、測量元器件尺寸等等。 探針測試：以微探針快捷方便地獲取IC內部電信號。

   鐳射切割：

   以微激光束切斷線路或芯片上層特定區域。

   EMMI偵測：

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

   OBIRCH應用（鐳射光束誘發阻抗值變化測試）：

   OBIRCH常用于芯片內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。通孔底部高阻區等，也能有效的檢測短路或漏電,是發光顯微技術的有力補充。

   LG液晶熱點偵測：

   利用液晶感測到IC漏電處分子排列重組，在顯微鏡下呈現出不同于其它區域的斑狀影像，找尋在實際分析中困擾設計人員的漏電區域（超過10mA之故障點）。

   定點/非定點芯片研磨：

   移除植于液晶驅動芯片 Pad上的金凸塊， 保持Pad完好無損，以利后續分析或rebonding。

   X-Ray 無損偵測：

   檢測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IC封裝內部結構進行非破壞性檢測, 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、  收集現場場數據

2、電測并確定失效模式

電測失效可分為連接性失效、電參數失效和功能失效。

連接性失效包括開路、短路以及電阻值變化。這類失效容易測試，現場失效多數由靜電放電(ESD)和過電應力(EOS)引起。

電參數失效，需進行較復雜的測量，主要表現形式有參數值超出規定范圍(超差)和參數不穩定。

確認功能失效，需對元器件輸入一個已知的激勵信號，測量輸出結果。如測得輸出狀態與預計狀態相同，則元器件功能正常，否則為失效,功能測試主要用于集成電路。

三種失效有一定的相關性,即一種失效可能引起其它種類的失效。功能失效和電參數失效的根源時常可歸結于連接性失效。在缺乏復雜功能測試設備和測試程序的情況下，有可能用簡單的連接性測試和參數測試方法進行電測，結合物理失效分析技術的應用仍然可獲得令人滿意的失效分析結果。

2、  非破壞檢查

X-Ray檢測，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、確認晶粒尺寸及layout

   優勢：工期短，直觀易分析

   劣勢：獲得信息有限

   局限性：

   1、相同批次的器件，不同封裝生產線的器件內部形狀略微不同;

   2、內部線路損傷或缺陷很難檢查出來，必須通過功能測試及其他試驗獲得。

   4、打開封裝

   開封方法有機械方法和化學方法兩種,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。

   機械開封

   化學開封

5、顯微形貌像技術

   光學顯微鏡分析技術

   掃描電子顯微鏡的二次電子像技術

   電壓效應的失效定位技術

6、半導體主要失效機理分析

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 真偽鑒別----空包彈(圖中可見，未有晶粒)

           “徒有其表”                       這個才是貨真價實的

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

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