「檢測(cè)知識(shí)」實(shí)驗(yàn)室常用芯片失效分析的方法及手段

日期:2021-10-13 18:27:25 瀏覽量:2772 標(biāo)簽: 芯片失效分析

一般來說,芯片在研發(fā)、生產(chǎn)過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤是不可避免的,就如房缺補(bǔ)漏一樣,哪里出了問題你僅要解決問題,還要思考為什么會(huì)出現(xiàn)問題。隨著人們對(duì)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(huì)的發(fā)展就是一個(gè)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(jìn)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(yàn)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(jī)理的活動(dòng)。失效分析是確定芯片失效機(jī)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(jì)工程師不斷改進(jìn)或者修復(fù)芯片的設(shè)計(jì),使之與設(shè)計(jì)規(guī)范更加吻合提供必要的反饋信息。 失效分析可以評(píng)估不同測(cè)試向量的有效性,為生產(chǎn)測(cè)試提供必要的補(bǔ)充,為驗(yàn)證測(cè)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(zhǎng)很短的電磁輻射,由德國(guó)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(shí)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(diǎn)脫      如大量點(diǎn)脫是同一只腳,則為組裝不良。如點(diǎn)脫金絲形狀較規(guī)則,則為組裝或包封之前L/F變形,運(yùn)轉(zhuǎn)過程中震動(dòng),上料框架牽拉過大,L/F打在予熱臺(tái)上動(dòng)作大,兩道工序都要檢查。如點(diǎn)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?yàn)榇的2槐M,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(dòng)異常。  

個(gè)別金絲斷     組裝擦斷或產(chǎn)品使用時(shí)金絲熔斷。  

只有局部沖歪     多數(shù)為包封定位時(shí)動(dòng)作過大,牽拉上料框架時(shí)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(shí),為裝片或焊點(diǎn)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(shí)碰到。  

導(dǎo)電膠分布情況     應(yīng)比芯片面積稍大,且呈基本對(duì)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(shí)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(cè)電參數(shù),如仍失效再進(jìn)行清洗,清洗后現(xiàn)測(cè)電參數(shù),對(duì)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(huì)帶來由于清洗劑而引起的失效。 

2,超聲檢測(cè)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(duì)產(chǎn)品內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè),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(yàn)通過或做Bscan時(shí)未超出芯片高度的2/3應(yīng)認(rèn)為正常。 

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

4,超聲檢查時(shí)應(yīng)注意  

對(duì)焦一定要對(duì)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(diǎn)。 

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(duì)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。 

「檢測(cè)知識(shí)」實(shí)驗(yàn)室常用芯片失效分析的方法及手段

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(dá)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(shí)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(jī)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(duì)于量多且只要看芯片是否破裂的情況較合適。缺點(diǎn)是操作較危險(xiǎn)。要掌握要領(lǐng)。 

3,開帽注意點(diǎn): 

所有一切操作均應(yīng)在通風(fēng)柜中進(jìn)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(diǎn). 

另外,有的情況下要將已開帽產(chǎn)品按排重測(cè)。此時(shí)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(cè)。 

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(qiáng)烈的脫水性,吸水性和氧化性。開帽時(shí)用來一次性煮大量的產(chǎn)品,這里利用了它的脫水性和強(qiáng)氧化性。 

濃鹽酸。指37%(V/V)的鹽酸,有強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)于芯片裂縫要從反面開帽以觀察芯片反面有否裝片時(shí)頂針頂壞點(diǎn),因?yàn)檎骈_帽取下芯片時(shí)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(gè)別產(chǎn)品浸泡時(shí)間要求較長(zhǎng),達(dá)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(diǎn)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(cè)。是否有芯片表面、焊線第二點(diǎn)、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(zhǎng)而下塌碰壞芯片;鍵合線尾部過長(zhǎng)而引起短路;鍵合線頸部損傷或引線斷裂;鍵合點(diǎn)或鍵合線被腐蝕;鍵合點(diǎn)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(jī)械損傷;光刻缺陷,電遷移現(xiàn)象,金屬化層過薄,臺(tái)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(shí)采用的工藝是否對(duì)壓焊區(qū)造成不良影響如彈坑即壓區(qū)破裂。此時(shí)對(duì)其它部位可檢查可忽略。 

以上便是此次創(chuàng)芯檢測(cè)帶來的“芯片失效分析”相關(guān)內(nèi)容,希望能對(duì)大家有所幫助,我們將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。公司檢測(cè)服務(wù)范圍涵蓋:電子元器件測(cè)試驗(yàn)證、IC真假鑒別,產(chǎn)品設(shè)計(jì)選料、失效分析,功能檢測(cè)、工廠來料檢驗(yàn)以及編帶等多種測(cè)試項(xiàng)目。歡迎致電創(chuàng)芯檢測(cè),我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)。

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