芯片失效分析常用方式FIB X光probe；RIE；EMMI；decap；IV by0M(h
1.OM 顯微鏡觀測，外觀分析 8yn}|Y9Fu
2.C-SAM（超聲波掃描顯微鏡） jsnk*>j
（1）材料內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)顆粒，夾雜物，沉淀物， ekhx?rz
（2） 內(nèi)部裂紋。 （3）分層缺陷。（4）空洞，氣泡，空隙等。 0|@*`-:VO
3. X－Ray 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。（這幾種是芯片發(fā)生失效后首先使用的非破壞性分析手段） K,L
4.SEM掃描電鏡/EDX能量彌散X光儀（材料結(jié)構(gòu)分析/缺陷觀察，元素組成常規(guī)微區(qū)分析，精確測量元器件尺寸） N?krlR
5.取die，開封 使用激光開封機和自動酸開封機將被檢樣品(不適用于陶瓷和金屬封裝)的封裝外殼部分去除，使被檢樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露。 x9VR>ux&
6. EMMI微光顯微鏡/OBIRCH鐳射光束誘發(fā)阻抗值變化測試/LC 液晶熱點偵測（這三者屬于常用漏電流路徑分析手段，尋找發(fā)熱點，LC要借助探針臺，示波器）  a 9
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7.切割制樣:使用切割制樣模塊將小樣品進行固定，以方便后續(xù)實驗進行6$*Z
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8.去層:使用等離子刻蝕機(RIE)去除芯片內(nèi)部的鈍化層，使被檢樣品下層金屬暴露，如需去除金屬層觀察下層結(jié)構(gòu)，可利用研磨機進行研磨去層。uj9IK
9. FIB做一些電路修改，切點觀察 q3-V_~5^/z
10. Probe Station 探針臺/Probing Test 探針測試。 eNw9"X}g
11. ESD/Latch-up靜電放電/閂鎖效用測試（有些客戶是在芯片流入客戶端之前就進行這兩項可靠度測試，有些客戶是失效發(fā)生后才想到要篩取良片送驗）這些已經(jīng)提到了多數(shù)常用手段。 r__Y{&IO
除了常用手段之外還有其他一些失效分析手段，原子力顯微鏡AFM ，二次離子質(zhì)譜 SIMS，飛行時間質(zhì)譜TOF － SIMS ，透射電鏡TEM ， 場發(fā)射電鏡，場發(fā)射掃描俄歇探針， X 光電子能譜XPS ，L-I-V測試系統(tǒng)，能量損失 X 光微區(qū)分析系統(tǒng)等很多手段，不過這些項目不是很常用。

問：幫我看下TO-220，CTCT500后 IDSS BVDSS失效，分析有一顆芯片表面有類似燒傷，其余未見異常，這種封裝上還有什么可能會造成呢？ 

答：以下供你參考，可以ZD考慮粘片工藝控制過程造成異常。（塑封料與引線框架分層，形成水汽進入通路。此模式短期內(nèi)可使器件的漏電增大，長時間可以引起電極電化學腐蝕。） 

TO220封裝的芯片背面電極與引線框架的物理連接及電連接是通過粘片工藝實現(xiàn)的。粘片工藝實現(xiàn)情況的好壞直接影響到器件的參數(shù)與可靠性，特別是對于功率器件的影響更加明顯。對于TO-220、TO-263封裝的功率型器件而言，現(xiàn)在一般采用融點焊錫絲，焊錫拍扁成型，芯片放置，焊錫冷卻成型等幾個步驟來實現(xiàn)粘片工藝。 

我們發(fā)現(xiàn)器件生產(chǎn)中或者器件可靠性的多種失效模式都產(chǎn)生于粘片工藝。我們認為以下缺陷與粘片工藝有關(guān)： 

a、焊料縮錫， 

b、焊料空洞率高， 

c、焊料熱疲勞能力差， 

d、芯片背裂。  

塑封料與引線框架、芯片分層，以及在各種應(yīng)力條件下分層情況加重是塑封器件的Z重要的失效模式之一。塑封分層可引起器件的多種失效，一般有以下幾種： 

a、塑封料與引線框架分層，形成水汽進入通路。此模式短期內(nèi)可使器件的漏電增大，長時間可以引起電極電化學腐蝕。 

b、塑封料與碳化硅二芯片表面分層，可以使鍵合點與芯片金屬層分離，或者接觸不良，引起器件失效。 

c、在塑封料與引線框架分層的條件下，某些外力作用于器件，可以使芯片分層（芯片底部的襯底開裂）或者使焊料分層，使器件的正向電壓異常升高。 

器件受到以下幾種應(yīng)力時，分層情況可能加?。?nbsp;

a、器件安裝時受到的機械或者熱應(yīng)力。 

b、器件受到一定物理沖擊。例如跌落或者其他對背面散熱片的物理沖擊。在大量的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中遇到過多次此種現(xiàn)象。此種可能容易被忽略。 

c、溫度沖擊，主要指一些使用環(huán)境溫度的急速變化。芯片、焊料、鍵合絲、塑封料、引線框架等的材質(zhì)不同，其線膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時各部分間都會產(chǎn)生應(yīng)力使分層現(xiàn)象加劇。

X-RAY檢查: 
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，以及芯片下面導電膠內(nèi)的氣泡，導電膠的分布范圍情況。 
X-RAY檢查原則 
 
不良情況     原因或責任者  
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，予熱不當或不均勻，工藝參數(shù)不當，洗模異常從而導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。  
導電膠分布情況     應(yīng)比芯片面積稍大，且呈基本對稱情形。 
 
超聲清洗: 
 
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，Z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。 
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。 
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)認為正常。 
判斷超聲圖片時要以波形為準，要注意對顏色黑白異常區(qū)域的波形檢查  
 
超聲檢查時應(yīng)注意  
 
對焦一定要對好，可反復調(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。 
 
開帽 
 
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。 
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，直到露出芯片為止，Z后必須以干凈的丙酮反復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)。 
 
開帽注意點： 
所有一切操作均應(yīng)在通風柜中進行，且要戴好防酸手套。 
產(chǎn)品開帽越到Z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。 
附:分析中常用酸： 
 
1，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。 
2，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。 
3，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。 
4，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。  
 
內(nèi)部目檢: 
 
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。反面的導電膠可用硝酸慢慢腐，再用較軟的細銅絲輕輕刮去。 
 
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。 
 
分析過程中要檢查的內(nèi)容 
 
外部目檢。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。 
開帽后的內(nèi)部目檢。4．1，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；芯片粘接材料用量不當或裂縫；芯片抬起，芯片取向不當，芯片裂縫；多余的鍵合線頭或外來顆粒等。4.2，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。4.3 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。 

芯片失效分析方法有哪些？

　　1 、C-SAM（超聲波掃描顯微鏡)，無損檢查:１.材料內(nèi)部的晶格結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)顆粒．夾雜物．沉淀物．2. 內(nèi)部裂紋. 3.分層缺陷.4.空洞,氣泡,空隙等. 德國

　　2 、X－Ray（這兩者是芯片發(fā)生失效后首先使用的非破壞性分析手段），德國Fein

　　微焦點Xray用途：半導體BGA，線路板等內(nèi)部位移的分析 ；利于判別空焊，虛焊等BGA焊接缺陷.　參數(shù)：標準檢測分辨率＜500納米 ；幾何放大倍數(shù): 2000 倍 Z大放大倍數(shù): 10000倍 ；　輻射小: 每小時低于1 μSv ；電壓: 160 KV, 開放式射線管設(shè)計

　　防碰撞設(shè)計；BGA和SMT（QFP）自動分析軟件，空隙計算軟件，通用缺陷自動識別軟件和視頻記錄。這些特點非常適合進行各種二維檢測和三維微焦點計算機斷層掃描(μCT)應(yīng)用。

　　Fein微焦點X射線（德國）

　　Y.COUGAR F/A系列可選配樣品旋轉(zhuǎn)360度和傾斜60度裝置。

　　Y.COUGAR SMT 系列配置140度傾斜軸樣品，選配360度旋轉(zhuǎn)臺

　　3 、SEM掃描電鏡/EDX能量彌散X光儀（材料結(jié)構(gòu)分析/缺陷觀察，元素組成常規(guī)微區(qū)分析，精確測量元器件尺寸）, 日本電子

　　4 、EMMI微光顯微鏡/OBIRCH鐳射光束誘發(fā)阻抗值變化測試/LC 液晶熱點偵測(這三者屬于常用漏電流路徑分析手段,尋找發(fā)熱點，LC要借助探針臺，示波器）

　　5 、FIB 線路修改，切線連線，切點觀測，TEM制樣，精密厚度測量等

　　6 、Probe Station 探針臺/Probing Test 探針測試，ESD/Latch-up靜電放電/閂鎖效用測試（有些客戶是在芯片流入客戶端之前就進行這兩項可靠度測試，有些客戶是失效發(fā)生后才想到要篩取良片送驗）這些已經(jīng)提到了多數(shù)常用手段。失效分析前還有一些必要的樣品處理過程。

    7 、取die,decap（開封，開帽）,研磨,去金球 De-gold bump,去層,染色等，有些也需要相應(yīng)的儀器機臺，SEM可以查看die表面，SAM以及X－Ray觀察封裝內(nèi)部情況以及分層失效。

　　除了常用手段之外還有其他一些失效分析手段，原子力顯微鏡AFM ,二次離子質(zhì)譜 SIMS,飛行時間質(zhì)譜TOF － SIMS ,透射電鏡TEM , 場發(fā)射電鏡,場發(fā)射掃描俄歇探針, X 光電子能譜XPS ,L-I-V測試系統(tǒng)，能量損失 X 光微區(qū)分析系統(tǒng)等很多手段，不過這些項目不是很常用。

芯片失效分析步驟:

    1、非破壞性分析：主要是超聲波掃描顯微鏡（C-SAM）--看有沒delamination，xray--看內(nèi)部結(jié)構(gòu)，等等；

    2 、電測：主要工具，萬用表，示波器，sony tek370a，現(xiàn)在好象是370b了；

    3 、破壞性分析：機械decap，化學 decap芯片開封機

　　半導體器件芯片失效分析 芯片內(nèi)部分層，孔洞氣泡失效分析

　　C-SAM的叫法很多有，掃描聲波顯微鏡或聲掃描顯微鏡或掃描聲學顯微鏡或超聲波掃描顯微鏡(Scanning acoustic microscope）總概c-sam(sat)測試。

　　微焦點Xray用途：半導體BGA，線路板等內(nèi)部位移的分析 ；利于判別空焊，虛焊等BGA焊接缺陷. 　參數(shù)：標準檢測分辨率＜500納米 ；幾何放大倍數(shù): 2000 倍 Z大放大倍數(shù): 10000倍 ；　輻射小: 每小時低于1 μSv ；電壓: 160 KV, 開放式射線管設(shè)計防碰撞設(shè)計；BGA和SMT（QFP）自動分析軟件，空隙計算軟件，通用缺陷自動識別軟件和視頻記錄。這些特點非常適合進行各種二維檢測和三維微焦點計算機斷層掃描(μCT)應(yīng)用。　　

芯片開封機DECAP主要用于芯片開封驗證SAM，XRAY的結(jié)果。

        化驗金屬錠塊、鋼鐵樣品、有色金屬樣品時一般采用鉆、刨、割、切削、擊碎等方法，按照錠塊或制件的采樣規(guī)定采取試樣。如無明確規(guī)定，則從錠塊或制件的縱橫各部位采取。

一般分為爐前樣和成品樣：        

1、 爐前樣   可用一把烘熱的鐵鏟快速地橫向掠過從樣勺中正倒下的熔融的細金屬流，形成薄片試樣，取其中部試樣，用剪樣機切碎供分析用。也可通過成塊鉆樣分析。

 2、 成品樣     可用臺鉆或手電鉆在樣品的中間部分取三點鉆取相同深度的孔，線材類體積較小的樣品可垂直于縱軸鉆至ZX，鉆孔數(shù)視分析用量而定。也可用車刨法加工制備。對于較硬的樣品可選合金鉆頭進行制備。              

  注：樣品制備現(xiàn)場的工具設(shè)備和盛樣器具應(yīng)保持清潔而無油污，以保持試樣純凈。鋼鐵試樣有縮孔及氣泡應(yīng)及時更換樣品，重新制取。(這種樣品成分往往會嚴重偏析)制取有色類金屬轉(zhuǎn)速不能臺快，以防止金屬材料表面氧化。

                     南京諾金高速分析儀器廠

                            2020年2月25日