芯片失效分析常用方法
發(fā)布日期：2022-09-13 瀏覽次數(shù)：795
失效分析是一門發(fā)展中的新行學科，這門學科可以應用在很多領域。這里我們主要說的是其在半導體領域的應用。 進行失效分析往往需要進行電氣測量并采用先進的物料、冶金及化學手段 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，防止這種失效模式或失效機理再次重復出現(xiàn)。 失效模式是指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開路、短路、功能失效、參數(shù)異常等。 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。
失效分析是確定芯片失效機理的必要手段。 失效分析為有效的故障診斷提供了必要的信息。 失效分析為設計工程師不斷改進或者優(yōu)化芯片的設計，使之與設計規(guī)范更加吻合提供必要的反饋信息。 失效分析為設計工程師不斷改進或者優(yōu)化芯片的設計，使之與設計規(guī)范更加吻合提供必要的反饋信息。 失效分析可以評估不同測試向量的有效性，為生產(chǎn)測試提供必要的補充，為驗證測試流程優(yōu)化提供必要的信息基礎。 失效分析的一般流程 1、電應力(靜電、過壓、過流) -> 會導致MOS器件的柵極擊穿、雙極性器件的PN結擊穿、功率晶體管的二次擊穿、CMOS電路的單粒子效應。 2、熱應力(高溫存儲) -> 金屬半導體接觸的AI-SI 互溶，阻抗接觸退化， PN結漏電、Au-AL 鍵合失效。 3、低溫應力(低溫存儲)-> 芯片斷裂。 4、低溫電應力(低溫工作) -> 熱載流子注入(熱載流子誘生的MOS器件退化是由于高能量的電子和空穴注入柵氧化層引起的，注入的過程中會產(chǎn)生界面態(tài)和氧化層陷落電荷，造成氧化層的損傷。） 5、高低溫應力(反復高低溫循環(huán))-> 芯片斷裂、芯片粘接失效。 6、熱電應力(高溫工作)-> 金屬電遷移、歐姆接觸退化。 7、機械應力(振動、沖擊)-> 芯片斷裂、引線斷裂。 8、輻射應力(X射線、中子輻射)-> 電氣參數(shù)變化,軟錯誤，CMOS電阻的閂鎖效應。 9、氣候應力（高濕、高鹽）-> 外引線腐蝕、金屬化腐蝕、電氣參數(shù)漂移。 了解具體失效現(xiàn)象 了解具體的工作電壓、電流 了解具體的靜電防護措施 了解具體的工作溫度 了解具體的生產(chǎn)操作流程 觀察芯片外觀是否完好 排查應用電路是否錯誤
電測失效可分為：連接性失效、電氣參數(shù)失效、功能失效
連接性失效：包含開路、短路以及電阻值變化。這類失效較容易測試,現(xiàn)場失效多數(shù)由靜電放電(ESD)和電應力 (EOS)引起。
電氣參數(shù)失效：需進行復雜的測量，主要表現(xiàn)形式有參數(shù)值超出規(guī)定范圍和參數(shù)不穩(wěn)定。
功能失效：芯片失去了應有的功能。
失效分析的一般流程 芯片開蓋：去除IC封膠,同時保持芯片功能的完整無損，保證實 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。如下圖： 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。如下圖： 1、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(guī)微區(qū)分析、精確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(qū)域。 2、EMMI偵測-> EMMI微光顯微鏡是一種效率極高的失效分錯析工具，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(fā)光（可見光及近紅外光），由此捕捉各種元件缺陷或異常所產(chǎn)生的漏電流可見光。 3、OBIRCH應用（鐳射光束誘發(fā)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(qū)等，也能有效的檢測短路或漏電,是發(fā)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(xiàn)出不同于其它區(qū)域的斑狀影像，找尋在實際分析中困擾設計人員的漏電區(qū)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(xù)分析或rebonding。 通過多種手段來確定芯片主要失效機理：如電壓襯度差像、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。等等... 文章內容整理自網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系刪除?。?！ 深圳市森利威爾電子有限公司
