ic设计论坛_IC失效分析培训ppt课件

1、 IC失效分析培训教材 电子发烧友网elecfans普通概念失效：产品失去规定的功能。失效分析：为确定和分析失效器件的失效方式，失效机理，失效缘由和失效性质而对产品所做的分析和检查。失效方式：失效的表现方式。失效机理：导致器件失效的物理，化学变化过程。失效缘由：导致发生失效的直接缘由，它包括设计，制造，运用和管理等方面的问题。失效分析的目的：失效分析是对失效器件的事后检查，经过失效分析可以验证器件能否失效，识别失效方式，确定失效机理和失效缘由，根据失效分析结论提出相应对策，它包括器件消费工艺，设计，资料，运用和管理等方面的有关改良，以便消除失效分析报告中所涉及到的失效方式或机理，防止类似失效的

2、再次发生。失效分析的设备和相应的用途 电特性测试设备 包括开短路测试设备CD318A，S9100，万用表和各种测试分厂的测试机。 察看丈量设备 X射线透视机，金相显微镜放大倍数50-1000，丈量显微镜带摄像头并与显示器和终端处置电脑相连，放大位数50-500，立体显微镜，扫描电子显微镜SEM。 实验设备 烘箱，回流焊机，可焊性测试仪，成份分析仪。 解剖设备和辅助设备 开帽机，密封电炉，超声清洗机，镊子，研磨切割机，玻璃仪器试管，烧杯，玻璃漏斗，滴管等。 任务间设备 应配有通风柜，清洗池，水源，相关化剂盐酸，硝酸，硫酸和无水乙醇，丙酮，氢氧化钠等。分析报告失效分析报告 应包括：a, 失效器件的

3、主要失效现场信息。b, 失效器件的失效方式。c, 失效分析程序和各阶段的初步的分析结果。d ,失效分析结论。e,提出纠正建议措施。报告中应附分析图片和测试数据，以及相应阐明。分析人员应具有的素质 具有半导体集成电路的专业根底知识，熟习集成电路原理，设计，制造，测试，运用线路，可靠性实验，可靠性规范，可靠性物理和化学等方面的有关知识，并有一定的实际阅历，必需受过专业培训。可靠性可靠性概念 指系统或设备在规定条件下和规定时间内完成规定功能的才干。有固有可靠性和运用可靠性之分，固有可靠性指经过设计和制造构成的内在可靠性，运用可靠性指在运用过程中发扬出来的可靠性。它受环境条件，运用操作，维修等要素的影

4、响，运用可靠性总小于固有可靠性。可靠性实验一温度循环TCT：判别产品在极高，极低温度下抗变力及在极高，极低温度中交替之效应。热冲击TST：同上，但条件更严酷。高压蒸煮PCT：利用严峻的压力，湿气和温度加速水汽之浸透来评价非密闭性之固态产品对水汽浸透之效应。加速老化HAST：同上。可靠性实验二高温反偏HTRB：对产品施加一定的高温来加速产品电性能的老化。回流焊REFLOW：用于判别器件SMD在回流焊接过程中所产生之热阻力及效应。易焊性SOLDER：判别产品之可焊度。耐焊接热：判别直插式产品在焊接过程中产生的热阻力及效应。引线弯曲：考核产品管脚抗机械应变力之才干。可靠性实验三交变实验：评价产品在经

5、过极高，极低温度后，再放入温湿度变化之环境后产生的效应。稳态湿热THT：评价非密闭性之固态产品在湿气环境下之可靠度，运用温度条件加速水汽浸透。高温储存HTST：判别高温对产品之效应。低温实验LT：判别低温对产品之效应。电耐久BURN-IN：对产品施加一定的电压，电流来加速产品的电老化。可靠性实验设备实验设备：高低温循环箱，高速老化箱，调温调湿箱，可焊性测试仪，高温烘箱，分立器件综合老化系统，高温反偏系统。测试设备：多功能晶体管挑选仪，晶体管图性特示仪XJ4810,370B等。失效率失效率指产品任务到t时辰后在单位时间内失效的概率。单位： %/103小时。每任务1000小时后产品失效的百分数失效

6、曲线 也称失效浴盆曲线，因外笼统浴盆。早期失效期：t大，随时间迅速下降。经过改良设计，加强监控可减少早期失效，经过挑选可减小缩短或去掉早期失效期.工艺缺陷、资料缺陷、挑选不充分引起。 偶尔失效期：t小，为常数，时间较长，失效带有偶尔性，是运用的良好时间。很多是静电损伤、过电损伤引起。有突发性和明显性 耗损失效期：产品运用后期，t迅速添加，因老化，磨损，疲劳等使器件失效。元器件老化引起。有时间性和隐蔽性静电，静电放电静电 当两种资料一同摩擦，一种资料丧失电子，另一种那么搜集电子，前者带正电，后者那么带负电，假设两种摩擦的物体在分别的过程中电荷难以中和，电荷即会积累使物体带上静电。静电就是一种物体

7、上的非挪动的充电。静电放电 假设带静电的物体遇到适宜的时机，它会将所带的电荷放掉，又回到中性，此过程即是静电放电ESD。静电对电子元件之影响物体放电方式主要经过低电阻区域，放电电流I= Q/t,即静电电荷变化量与完成这些静电电荷变化所用的时间之比。当I足够大时，能影响P-N结热击穿接合点，导致氧气层击穿，引起即时的和不可逆转的损坏，但这种损坏只需10%可引起产品即时损坏，90%的产品可毫无觉察地经过测试，流到客户手里，但它的可靠性却大大地降低了，并且静电可吸附灰尘，降低基片净化度，使IC废品率下降。静电产生的宏观缘由 环境如地面，装修隔间，温湿度。 工具和资料 清洗机，吸管，镊子，物流车，周转

8、箱，烘箱，纸片，任务机台等。 任务者及其活动 人的动作如脱衣，起立，被感应，接触带电，剥离，冲击，摩擦。静电的防护静电防护原那么： 少产生，不积累，快泄放。静电防护根本方法：走漏，中和，屏蔽 环境方面，铺设防静电地毯，地板，台垫，入口处任务处接地线等防静电消除器。控制温湿度，运用离子风机，静电环。 器材方面，防静电任务服，鞋，腕带，导电泡沫板，防静电文件盒，周转箱，物流车，包装袋，抗静电剂等。 产品设计方面，将静电防护表到达元件和产品设计中，尽量运用对静电不敏感的元件，或者在器件内部设置静电防护元件，对运用的静电放电敏感器件提供适当的输入维护。 封装根本流程磨片划片装片球焊包封后固化电镀打印冲

9、切成型测试包装入库。上述流程视产品不同有较大的变化。流程简述一磨片将芯片的反面非布线的一面根据工艺规范，客户要求或一些特殊要求磨去一层，使芯片的厚度到达要求。 划片用划片刀或其它手段如激光在圆片上的划片槽中割划，使整个大圆片分割成很多细小的晶片单个芯片，以利装片。 装片将已划好片的大圆片上的单个芯片用吸嘴取下后装在引线框的基岛上。此时芯片反面上须用粘接剂粘在基岛上。 球焊用金丝在一定的温度，超声，压力下将芯片上某一点压焊区与引线框适当位置第二点相连。 流程简述二包封用树脂体将装在引线框上的芯片封起来，对芯片起维护作用和支撑作用。 后固化使包封后的树脂体进一步固化。 电镀在引线条上一切部位镀上一

10、层锡，保证产品管脚的易焊性。 打印在树脂体上打上标志，阐明产品的型号和其它相关信息。 冲切成形将整条产品切割成形为单只产品。 测试挑选出符合功能要求的产品。 包装，入库将产品按要求包装好后进入废品库。待机发往客户。为何分析？信息反响？一客户赞扬。如客户反映良率低，产品的某一参数不达标，开短路，产品运用时功能不良等。普通由业务或外经部转品管，再转总厂进展失效分析。测试分厂测试良率低，或某批产品开短路产品太多，不符合客户良率要求，分厂应出具测试异常分析报告。品管抽测异常 产品经外观检后品管开短路抽测异常。通常每批抽100只如次品超越3只，那么加抽300只，仍超标那么要分析。对测试分厂已测产品抽测异

11、常。通常测试分厂送样一只,仅要求开帽分析。测试分厂应附失效分析恳求单。为何分析？信息反响？二组装分厂隔离流到测试或外检，要求测试或外检后将测试情况或品管抽测结果反响组装。此时出现的一些异常，能够要求分析。客户要求的其它分析。如看金丝，布线图，芯片外表，芯片粘结方式等。一切的分析终了后，均应出报告，且要将报告送到原发出部门，并做好相应分析报告交接任务。金丝布线和芯片表观一 金丝导电胶芯片基岛管脚树脂体阴影部份金丝布线和芯片表观二粉红色是腐球后的压区，本质上是氧化硅的颜色。铝线氧化硅金丝布线和芯片表观三中测点金球金丝未腐球时的压区通常芯片上的白色部分为铝线 。图片上黑色的小圆球是金球放大后为金色，

12、金球周围一小块蓝色或白色区域是压区，另有小块白色区域是中测点芯片制造厂用来测试芯片合格与否的地方，上图中芯片外表粉红色部位为氧化硅。整个芯片外表有一层薄薄的芯片维护层。腐球后的压区有不同的颜色，如红，黄，绿，蓝，紫等，这是由于氧化层厚度不同的缘故。 上图为一例，实践上视芯片不同各部位颜色或外形有很大区别。 失效分析的原那么 先无损，后有损。先电测试，外观检，后开盖。开盖后也要先无损不引入新破坏，后破坏。 失效分析程序失效景象记录。了解情况，了解失效现场信息，失效样品的参数测试结果，失效样品的一些产品信息。鉴别失效方式。用现有设备确认产品失效能否与客户所述一致，并照实记录下失效情况。用自已的言语

13、描画失效特征。按照失效分析程序一一检查，分析。通常有下述几步：外观检查，电参数测式，开短路测试，X-RAY检查，超声清洗，超声波离层分析，开帽，内部目检，电子扫描显微镜，腐球并检查压区。上面几步不是每步都要，要有针对性地做，做到哪一步发现问题了，后面几步视情况也可省去。归纳分析结论，提出自已对分析结果的看法。提出纠正建议措施。出具分析报告。失效信息搜集 产品信息 ：消费日期 ，客户，封装方式，型号，批号，良率情况，消费批还是实验批，失效Bin值，焊丝规格，图形密集区典型线宽，芯片厚度，导电胶，采用的料饼，印章内容，能否测试过，测试机台情况等。失效景象记录。失效日期，失效地点，数量，失效环境，能

14、否任务过即能否焊在整机上运用过，客户能否在运用前对产品测试过，任务条件能否超越规格范围。鉴别失效方式电参数测试。开短路测试。目前有5台公用开短路测试机：S9100，测试种类有PQFP44，LQFP44，PQFP52，PQFP64，DIP和SDIP中的部份。CD318A，测试种类有，SOP8/SOP16/SOP20/24/28 ，DIP8/14/16，密间距产品，手工机测试DIP系列。测试时要了解对应主机电脑中能否有该种类的测试程序，假设没有那么要请相关人员编写程序。失效分析顺序 外部目检X-RAY检查超声清洗复测SAT即超声检查开帽后内部目检腐球检查X-RAY检查X-RAY检查。X-RAY射线

15、又称伦琴射线，一种波长很短的电磁辐射，由德国物理学家伦琴在1895年发现。普通指电子能量发生很大变化时放出的短波辐射，能透过许多普通光不能透过的固态物质。利用可靠性分析室里的X-RAY分析仪，可检查产品的金丝情况和树脂体内气孔情况，以及芯片下面导电胶内的气泡，导电胶的分布范围情况。X-RAY判别原那么不良情况原因或责任者 球脱 组装 点脱 如大量点脱是同一只脚，则为组装不良。如点脱金丝形状较规则，则为组装或包封之前L/F变形，运转过程中震动，上料框架牵拉过大，L/F打在予热台上动作大，两道工序都要检查。如点脱金丝弧度和旁边的金丝弧度差不多，则为组装造成。 整体冲歪，乱，断 为包封不良，原因为吹

16、模不尽，料饼沾有生粉，予热不当或不均匀，工艺参数不当，洗模异常从而导致模塑料在型腔中流动异常。 个别金丝断 组装擦断或产品使用时金丝熔断。 只有局部冲歪 多数为包封定位时动作过大，牵拉上料框架时造成，也有部份为内部气泡造成。 金丝相碰 弧度正常，小于正常冲歪率时，为装片或焊点位置欠妥 内焊脚偏移 多数为组装碰到内引脚。 塌丝 多数为排片时碰到。 导电胶分布情况 应比芯片面积稍大，且呈基本对称情形。 超声清洗 清洗仅用来分析电性能有异常的，失效能够与外壳或芯片外表污染有关的器件。此时应确认封装无走漏，目的是去除外壳上的污染物。清洗前应去除外表上任何杂物，再重测电参数，如仍失效再进展清洗，清洗后现

17、测电参数，对比清洗前后的电参数变化。清洗剂应选用不损坏外壳的，通常运用丙酮，乙醇，甲苯，清洗后再运用纯水清洗，最后用丙酮，无水乙醇等脱水，再烘干。清洗要确保不会带来由于清洗剂而引起的失效。超声检测分析。 SAT即超声波形显示检查。超声波，指频率超越20KHZ的声波人耳听不见，频率低于HZ的声波称为次声波，它的典型特征：碰到气体100%反射，在不同物质分界面产生反射,和光一样直线传播。SAT就是利用这些超声波特征来对产品内部进展检测，以确定产品密封性能否符合要求，产品能否有内部离层。超声判别原那么 芯片外表不可有离层 镀银脚精压区域不可有离层内引脚部分离层相连的面积不可超越胶体正面面积的20%或

18、引脚经过离层相连的脚数不可超越引脚总数的1/5芯片周围导电胶呵斥的离层在做可靠性实验经过或做Bscan时未超出芯片高度的2/3应以为正常。判别超声图片时要以波形为准，要留意对颜色黑白异常区域的波形检查 超声检查时应留意 对焦一定要对好，可反复调整，直到扫描出来的图像很“干脆，不出现那种零零碎碎的红点。留意增益，扫描出来的图像不能太亮，也不能太暗。留意产品不能放反，产品外表不能有任何如印记之类呵斥的坑坑洼洼，或其它杂质，气泡。探头有高频和低频之分，针对不同产品选用不同的探头由分析室任务人员调整。通常树脂体厚的产品，采用低频探头，否那么采用高频探头。因频率高穿透才干差。开帽 高分子的树脂体在热的浓

19、硝酸98%或浓硫酸作用下，被腐去变成易溶于丙酮的低分子化合物，在超声作用下，低分子化合物被清洗掉，从而显露芯片表层。 开帽方法一：取一块不锈钢板，上铺一层薄薄的黄沙也可不加沙产品直接在钢板上加热，放在电炉上加热，砂温要达100-10度，将产品放在砂子上，芯片正面方向向上，用吸管汲取少量的发烟硝酸浓度98%。滴在产品外表，这时树脂外表起化学反响，且冒出气泡，待反响稍止再滴，这样连滴5-10滴后，用镊子夹住，放入盛有丙酮的烧杯中，在超声机中清洗2-5分钟后，取出再滴，如此反复，直到显露芯片为止，最后必需以干净的丙酮反复清洗确保芯片外表无残留物。开帽方法二将一切产品一次性放入98%的浓硫酸中煮沸。这

20、种方法对于量多且只需看芯片能否破裂的情况较适宜。缺陷是操作较危险。要掌握要领。开帽留意点一切一切操作均应在通风柜中进展，且要戴好防酸手套。产品开帽越到最后越要少滴酸，勤清洗，以防止过腐蚀。清洗过程中留意镊子勿碰到金丝和芯片外表，以免擦伤芯片和金丝。根据产品或分析要求有的开帽后要显露芯片下面的导电胶.,或者第二点.另外，有的情况下要将已开帽产品按排重测。此时应首先放在80倍显微镜下察看芯片上金丝能否断，塌丝，如无那么用刀片刮去管脚上黑膜后送测。留意控制开帽温度不要太高。附:分析中常用酸1，浓硫酸。这里指98%的浓硫酸,它有剧烈的脱水性,吸水性和氧化性。开帽时用来一次性煮大量的产品，这里利用了它的

21、脱水性和强氧化性。浓盐酸。指37%V/V的盐酸，有剧烈的挥发性，氧化性。分析中用来去除芯片上的铝层。发烟硝酸，指浓度为98%V/V的硝酸。用来开帽。有剧烈的挥发性，氧化性，因溶有NO2而呈红褐色。王水，指一体积浓硝酸和三体积浓盐酸的混合物。分析中用来腐金球，因它腐蚀性很强可腐蚀金。 内部目检 视产品不同分别放在200倍或500倍金相显微镜下或立体显微下仔细察看芯片外表能否有裂痕，断铝，擦伤，烧伤，沾污等异常。对于芯片裂痕要从反面开帽以察看芯片反面有否装片时顶针顶坏点，由于正面开帽取下芯片时易使芯片破裂。反面的导电胶可用硝酸渐渐腐，再用较软的细铜丝悄然刮去。腐球分析将已开帽的产品放在加热到沸腾的

22、10%20%的KOH或NaOH溶液中或加热到沸腾的王水即3：1的浓盐酸和浓硝酸混合溶液中。浸泡约3到5分钟个别产品浸泡时间要求较长，达10分钟以上。在100到200倍显微镜下用细针头悄然将金丝从芯片上移开留意勿碰到芯片，如发现金球仍牢牢地粘在芯片上，那么阐明还需再腐球，千万不要硬拉金丝，以免呵斥人为的凹坑，呵斥误判。分析过程中要检查的内容 外部目检。能否有树脂体裂痕，管脚间杂物致短路，管脚能否被拉出树脂体，管脚根部能否露铜，管脚和树脂体能否被沾污，管脚能否弯曲变形等不良。 X-RAY 能否有球脱、点脱、整体冲歪，金丝乱，断、部分冲歪、塌丝、金丝相碰、焊脚偏移、胶体空洞、焊料空洞，焊料覆盖面积，

23、管脚间能否有杂物导致管脚短路等异常。 超声检测。能否有芯片外表、焊线第二点、胶体与引线框之间等的内部离层。 开帽后的内部目检。41，用30-50倍立体显微镜检查：键合线过长而下塌碰坏芯片；键合线尾部过长而引起短路；键合线颈部损伤或引线断裂；键合点或键合线被腐蚀；键合点尽寸或位置不当；芯片粘接资料用量不当或裂痕；芯片抬起，芯片取向不当，芯片裂痕；多余的键合线头或外来颗粒等。4.2，金属化，薄膜电阻器缺陷在50-200倍显微镜下检查，主要有腐蚀，烧毁，严重的机械损伤；光刻缺陷，电迁移景象，金属化层过薄，台阶断铝，外表粗糙发黑，外来物沾污等。4.3 金属化覆盖接触孔不全，氧化层/钝化层缺陷出如今金属

24、化条下面或有源区内，钝化层裂纹或划伤。 腐球分析。 主要目的是检查球焊时采用的工艺能否对压焊区呵斥不良影响如弹坑即压区破裂。此时对其它部位可检查可忽略。镜检能发现的问题一寻觅多余物和外来沾污物如残留金丝，芯片边缘碎裂留下的硅碴，焊料碴，口水星子高温存放后常呈现棕黄色小圆点，水渍，残存光刻胶，灰尘。 判别金属化层外表有无钝化层。假设方形键合电极周围有方框那么阐明外表有钝化层，与键合点下的电极相比有明显的色差。同时有钝化层时的芯片各分散区之间的颜色不如无钝化层时艳丽，假设钝化层呈现浅黄色，阐明钝化层是聚酰亚胺有机涂层。根据颜色寻觅工艺缺陷。芯片外表的二氧化硅钝化层不同的厚度有不同的干涉颜色，如灰0

25、.01微米，黄褐色0.03微米，茶色0.05微米,蓝0.08微米，紫色0.1微米,绿色0.18微米,黄色0.21微米,橙色0.22微米,红色0.25微米(指一次干涉颜色)，故根据芯片外表的颜色可判别不同分散区，或根据芯片外表上反常的颜色斑点来判别钝化层和光刻/分散缺陷。镜检能发现的问题二根据几何外形判别。 可判别线路设计构造缺陷，金属化伤痕和裂断，金属化烧毁，键合点外形和位置，键合线与芯片的夹角，MOS管的沟道显露，接触孔的覆盖情况，芯片缺口或裂痕接近有源区，芯片安装方向和焊料多少。 通常可鉴别出的失效方式或机理如下：过电应力引起的键合线或金属化的开路或短路，以及较轻的电损伤痕迹如静电击穿点。键合线或金属化焊接区的开路及短路。金属电迁移。金属化缺损或剥皮。封装内部的金属腐蚀。氧化层污染，变色，缺陷，裂痕。芯片外表或芯片衬底的裂痕。掩模未套准。外来多余物，特别是导电的可动多余物。键合位置不良。管脚腐蚀或镀层零落。经过介质层或氧化层的短路。内涂料的去除开帽后目检时要去除芯片外表的钝化层或内涂料我们所说的点胶，内涂料去除：聚脂涂料6235，1730，1152等可用甘油热裂解的方法甘油加热到沸腾坚持一定时间GN521，6235，1152用低分子的溶剂如二甲基甲酰胺浸泡12-24小时1152，6235用环