电子元器件失效分析 ----

   失效分析基本概念

   1.进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。

   2.失效分析的目的是确定失效模式和失效机理，提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。

   3.失效模式是指观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能失效等。

   4.失效机理是指失效的物理化学过程，如疲劳、腐蚀和过应力等。

   失效分析的意义

   1.失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。

   2.失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。

   3.失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。

   4.失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。

   电子器件失效分析的种类：

   器件开路失效分析           电迁移失效           EOS失效

   器件短路失效分析           腐蚀失效             ESD分析

   器件参数漂移分析           潮敏失效分析         机械应力失效

   功能失效分析               烧毁失效             各类元器件PFA分析

电子元器件检测产品范围：

失效分析流程及设备：

封装级分析：

芯片级分析：

失效分析主要步骤和内容

   芯片开封：

   去除IC封胶，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。

   SEM 扫描电镜/EDX成分分析：

   包括材料结构分析/缺陷观察、元素组成常规微区分析、测量元器件尺寸等等。 探针测试：以微探针快捷方便地获取IC内部电信号。

   镭射切割：

   以微激光束切断线路或芯片上层特定区域。

   EMMI侦测：

   EMMI微光显微镜是一种效率极高的失效分错析工具，提供高灵敏度非破坏性的故障定位方式，可侦测和定位非常微弱的发光（可见光及近红外光），由此捕捉各种元件缺陷或异常所产生的漏电流可见光。

   OBIRCH应用（镭射光束诱发阻抗值变化测试）：

   OBIRCH常用于芯片内部高阻抗及低阻抗分析，线路漏电路径分析。利用OBIRCH方法，可以有效地对电路中缺陷定位，如线条中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻区等，也能有效的检测短路或漏电,是发光显微技术的有力补充。

   LG液晶热点侦测：

   利用液晶感测到IC漏电处分子排列重组，在显微镜下呈现出不同于其它区域的斑状影像，找寻在实际分析中困扰设计人员的漏电区域（超过10mA之故障点）。

   定点/非定点芯片研磨：

   移除植于液晶驱动芯片 Pad上的金凸块， 保持Pad完好无损，以利后续分析或rebonding。

   X-Ray 无损侦测：

   检测IC封装中的各种缺陷如层剥离、爆裂、空洞以及打线的完整性，PCB制程中可能存在的缺陷如对齐不良或桥接，开路、短路或不正常连接的缺陷，封装中的锡球完整性。

   SAM (SAT)超声波探伤：

   可对IC封装内部结构进行非破坏性检测, 有效检出因水气或热能所造成的各种破坏如：o晶元面脱层，o锡球、晶元或填胶中的裂缝，o封装材料内部的气孔，o各种孔洞如晶元接合面、锡球、填胶等处的孔洞。

   失效分析的一般程序

1、  收集现场场数据

2、电测并确定失效模式

电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。

连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。这类失效容易测试，现场失效多数由静电放电(ESD)和过电应力(EOS)引起。

电参数失效，需进行较复杂的测量，主要表现形式有参数值超出规定范围(超差)和参数不稳定。

确认功能失效，需对元器件输入一个已知的激励信号，测量输出结果。如测得输出状态与预计状态相同，则元器件功能正常，否则为失效,功能测试主要用于集成电路。

三种失效有一定的相关性,即一种失效可能引起其它种类的失效。功能失效和电参数失效的根源时常可归结于连接性失效。在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下，有可能用简单的连接性测试和参数测试方法进行电测，结合物理失效分析技术的应用仍然可获得令人满意的失效分析结果。

2、  非破坏检查

X-Ray检测，即为在不破坏芯片情况下，利用X射线透视元器件(多方向及角度可选)，检测元器件的封装情况，如气泡、邦定线异常，晶粒尺寸，支架方向等。

适用情境：检查邦定有无异常、封装有无缺陷、确认晶粒尺寸及layout

   优势：工期短，直观易分析

   劣势：获得信息有限

   局限性：

   1、相同批次的器件，不同封装生产线的器件内部形状略微不同;

   2、内部线路损伤或缺陷很难检查出来，必须通过功能测试及其他试验获得。

   4、打开封装

   开封方法有机械方法和化学方法两种,按封装材料来分类，微电子器件的封装种类包括玻璃封装(二极管)、金属壳封装、陶瓷封装、塑料封装等。

   机械开封

   化学开封

5、显微形貌像技术

   光学显微镜分析技术

   扫描电子显微镜的二次电子像技术

   电压效应的失效定位技术

6、半导体主要失效机理分析

正常芯片电压衬度像         失效芯片电压衬度像         电压衬度差像

   电应力(EOD)损伤

   静电放电(ESD)损伤

   封装失效

引线键合失效：

   芯片粘接不良

   金属半导体接触退化

   钠离子沾污失效

   氧化层针孔失效

案例分析：

   X-Ray 探伤----气泡、邦定线

X-Ray 真伪鉴别----空包弹(图中可见，未有晶粒)

           “徒有其表”                       这个才是货真价实的

X-Ray用于产地分析(下图中同品牌同型号的芯片)   X-Ray 用于失效分析(PCB探伤、分析)

(下面这个密密麻麻的圆点就是BGA的锡珠。下图我们可以看出，这个芯片实际上是BGA二次封装的)