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芯片失效率怎么办?样品失效分析经验总结

时间:2020-07-10      阅读:1746

失效分析常用方法汇总

芯片在设计生产使用各环节都有可能出现失效,失效分析伴随芯片全流程。

这*据北软检测失效分析实验室经验,为大家总结了失效分析方法和分析流程,供大家参考

一、C-SAM(超声波扫描显微镜),属于无损检查:

检测内容包含

1.材料内部的晶格结构、杂质颗粒、夹杂物、沉淀物 

2.内部裂纹 

3.分层缺陷 

4.空洞、气泡、空隙等。

二、 X-Ray(X光检测),属于无损检查:

X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击,在撞击过程中,因电子突然减速,其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置,利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化,产生的对比效果可形成影像,即可显示出待测物的内部结构,进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。

 

检测内容包含

1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板

2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况

3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷,以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷

三、SEM扫描电镜/EDX能量弥散X光仪(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),

SEM/EDX(形貌观测、成分分析)扫描电镜(SEM)可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的,根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜(SEM)使用,可以对样品进行微区成分分析。

检测内容包含

1.材料表面形貌分析,微区形貌观察  

2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析

3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析

4.纳米尺寸量测及标示

5.微区成分定性及定量分析

  • EMMI微光显微镜对于故障分析而言,微光显微镜(Emission Microscope, EMMI)是一种相当有用且效率*的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中,EHP(Electron Hole Pairs)Recombination会放出光子(Photon)。如在P-N结加偏压,此时N阱的电子很容易扩散到P阱,而P的空穴也容易扩散至N,然后与P端的空穴(或N端的电子)做EHP Recombination。

检测内容包含

1.P-N接面漏电;P-N接面崩溃

2.饱和区晶体管的热电子

3.氧化层漏电流产生的光子激发

4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题

五、 FIB 线路修改,切线连线,切点观测,TEM制样,精密厚度测量等

FIB(聚焦离子束,Focused Ion beam)是将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速,聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像,此功能与SEM(扫描电子显微镜)相似,或用强电流离子束对表面原子进行剥离,以完成微、纳米级表面形貌加工。

检测内容包含

1.芯片电路修改和布局验证              

2.Cross-Section截面分析                

3.Probing Pad                                 

4.定点切割   

六、 Probe Station 探针台/Probing Test 探针测试,探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发,旨在确保质量及可靠性,并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。

检测内容包含

1.微小连接点信号引出  

2.失效分析失效确认

3.FIB电路修改后电学特性确认

4.晶圆可靠性验证

ESD/Latch-up静电放电/闩锁效用测试(有些客户是在芯片流入客户端之前就进行这两项可靠度测试,有些客户是失效发生后才想到要筛取良片送验)这些已经提到了多数常用手段。失效分析前还有一些必要的样品处理过程。

七、 取die,decap(开封,开帽),研磨,去金球 De-gold bump,去层,染色等,有些也需要相应的仪器机台,SEM可以查看die表面,SAM以及X-Ray观察封装内部情况以及分层失效。Decap即开封,也称开盖,开帽,指给完整封装的IC部腐蚀,使得IC可以暴露出来,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,方便观察或做其他测试(如FIB,EMMI), Decap后功能正常。

检测内容包含

1.IC开封(正面/背面) QFP, QFN, SOT,TO, DIP,BGA,COB等

2.样品减薄(陶瓷,金属除外)

3.激光打标

、Acid Decap,又叫化学开封,是用化学的方法,即浓硫酸及发烟硝酸将塑封料去除的设备。通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料能够暴露出任何一种塑料IC封装内的芯片。去除塑料的过程又快又安全,并且产生干净无腐蚀的芯片表面。

检测内容包含

1.芯片开封(正面/背面)  

2.IC蚀刻,塑封体去除

、RIE是干蚀刻的一种,这种蚀刻的原理是,当在平板电极之间施加10~100MHZ的高频电压(RF,radio frequency)时会产生数百微米厚的离子层(ion sheath),在其中放入试样,离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻,此即为RIE(Reactive Ion Etching)。

检测内容包含

1.用于对使用氟基化学的材料进行各向同性和各向异性蚀刻,其中包括碳、环氧树脂、石墨、铟、钼、氮氧化物、光阻剂、聚酰亚胺、石英、硅、氧化物、氮化物、钽、氮化钽、氮化钛、钨钛以及钨                 

2.器件表面图形的刻蚀

研磨机,适用于高精微(光镜,SEM,TEM,AFM,ETC)样品的半自动准备加工研磨抛光,模块化制备研磨,平行抛光,精确角抛光,定址抛光或几种方式结合抛光。

检测内容包含

1.断面精细研磨及抛光  

2.芯片工艺分析

3.失效点的查找         

十一切割机,可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料,可以高速自动切割材料,提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率。

检测内容包含

1.通过样品冷埋注塑获得样品的标准切面  

2.小型样品的精密切割

                                           

十二金相显微镜,可用来进行器件外观及失效部位的表面形状,尺寸,结构,缺陷等观察。金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机(数码相机)通过光电转换有机的结合在一起,不仅可以在目镜上作显微观察,还能在计算机(数码相机)显示屏幕上观察实时动态图像,电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。

检测内容包含

1.样品外观、形貌检测  

2.制备样片的金相显微分析

3.各种缺陷的查找

十三、体视显微镜,亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器,从不同角度观察物体,使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作,直接放入镜头下配合照明即可观察,成像是直立的,便于操作和解剖。视场直径大,但观察物要求放大倍率在200倍以下。

检测内容包含

1.样品外观、形貌检测  

2.制备样片的观察分析

3.封装开帽后的检查分析

4.晶体管点焊、检查

十四IV自动曲线量测仪,验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。比如电压-电流。集成电路失效分析流程中,I/V Curve的量测往往是非破坏分析的第二步(外观检查排在步),可见Curve量测的重要性。

检测内容包含

1.Open/Short Test  

2.I/V Curve Analysis

3.Idd Measuring

4.Powered Leakage(漏电)Test

十五高低温试验箱箱,适用于工业产品高温、低温的可靠性试验。对电子电工、汽车电子、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研单位等相关产品的零部件及材料在高温、低温(交变)循环变化的情况下,检验其各项性能指标。

检测内容包含

1.高温储存  

2.低温储存

3.温湿度储存

北软检测智能产品检测实验室,能够依据、国内和行业标准实施检测工作,开展从底层芯片到实际产品,从物理到逻辑全面的检测工作,提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务,同时可开展模拟重现智能产品失效的现象,找出失效原因的失效分析检测服务,主要包括点针工作站(Probe Station)、反应离子刻蚀(RIE)、微漏电侦测系统(EMMI)、X-Ray检测,缺陷切割观察系统(FIB系统)等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析,为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。

 

失效分析步骤:

1、 非破坏性分析:主要是超声波扫描显微镜(C-SAM)--看有没delamination,xray--看内部结构,等等;

2、 电测:主要工具,万用表,示波器,sony tek370a,现在好象是370b了;

3、 破坏性分析:激光开封decap,机械decap,化decap芯片开封机

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