芯片失效分析常用方法及解決方案

發布時間：2021.08.24

一般來說，芯片在研發、生產過程中出現錯誤是不可避免的，就如房缺補漏一樣，哪里出了問題你不僅要解決問題，還要思考為什么會出現問題。隨著人們對產品質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，社會的發展就是一個發現問題解決問題的過程，出現問題不可怕，但頻繁出現同一類問題是非?？膳碌?。

失效分析是一門發展中的新興學科，近年開始從軍工向普通企業普及。它一般根據失效模式和現象，通過分析和驗證，模擬重現失效的現象，找出失效的原因，挖掘出失效的機理的活動。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修復芯片的設計，使之與設計規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，為生產測試提供必要的補充，為驗證測試流程優化提供必要的信息基礎。

失效分析基本概念

進行失效分析往往需要進行電測量并采用先進的物理、冶金及化學的分析手段。
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，防止這種失效模式和失效機理的重復出現。
失效模式是指觀察到的失效現象、失效形式，如開路、短路、參數漂移、功能失效等。
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。

失效分析的意義

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修復芯片的設計，使之與設計規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，為生產測試提供必要的補充，為驗證測試流程優化提供必要的信息基礎。

失效分析主要步驟和內容

芯片開封：去除IC封膠，同時保持芯片功能的完整無損，保持 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。

SEM 掃描電鏡/EDX成分分析：包括材料結構分析/缺陷觀察、元素組成常規微區分析、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域。

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光（可見光及近紅外光），由此捕捉各種元件缺陷或異常所產生的漏電流可見光。

OBIRCH應用（鐳射光束誘發阻抗值變化測試）：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。通孔底部高阻區等，也能有效的檢測短路或漏電,是發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，在顯微鏡下呈現出不同于其它區域的斑狀影像，找尋在實際分析中困擾設計人員的漏電區域（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，以利后續分析或rebonding。

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。

SAM (SAT)超聲波探傷：可對IC封裝內部結構進行非破壞性檢測, 有效檢出因水氣或熱能所造成的各種破壞如：o晶元面脫層，o錫球、晶元或填膠中的裂縫，o封裝材料內部的氣孔，o各種孔洞如晶元接合面、錫球、填膠等處的孔洞。

失效分析的一般程序

1. 收集現場場數據