芯片失效分析的手法介紹

對(duì)于應(yīng)用工程師來說，芯片失效分析是最棘手的問題之一。

之所以棘手，很無奈的一點(diǎn)便是：芯片失效問題通常是在量產(chǎn)階段，甚至是出貨后才開始被真正意識(shí)到，此時(shí)可能僅有零零散散的幾個(gè)失效樣品，但這樣的比例足以讓品質(zhì)部追著研發(fā)工程師進(jìn)行一個(gè)詳盡的原因分析。

對(duì)于研發(fā)工程師，在排查完外圍電路、生產(chǎn)工藝制程可能造成的損傷之后，更多的還需要原廠給予支持進(jìn)行剖片分析。不管芯片是否確實(shí)有設(shè)計(jì)問題，但出于避免責(zé)任糾紛，最終原廠回復(fù)給你的報(bào)告中，很可能都是把問題指向了“EOS”損傷，進(jìn)而需要你排查自己的電路設(shè)計(jì)、生產(chǎn)靜電防控。

由于缺乏專業(yè)的分析設(shè)備，芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)的保密性不可能讓應(yīng)用工程師了解太多，因此對(duì)于原廠給予的分析報(bào)告，應(yīng)用工程師很多時(shí)候其實(shí)處于“被動(dòng)接受”的處境。

雖然無法了解芯片內(nèi)部的設(shè)計(jì)，但其實(shí)我們可以了解芯片廠商相關(guān)失效分析手法，至少在提供給你的報(bào)告上，該有的失效分析是否是嚴(yán)瑾，數(shù)據(jù)是否可靠，你可以做出一定的判斷。

手法一：電子顯微鏡查看表面異常

失效的芯片樣品到了芯片廠商手里后，首先要做的必然是用高放大倍數(shù)的電子顯微鏡，查看芯片表面在物理層面上是否有異常問題，比如裂痕、連錫、霉變等異?，F(xiàn)象。

手法二：XRay查看芯片封裝異常

X射線在穿越不同密度物質(zhì)后光強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生變化，在無需破壞待測物的情況下利用其產(chǎn)生的對(duì)比效果形成的影像可以顯示出待測物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。IC封裝中如層剝離、爆裂、空洞、打線等問題都可以用XRay進(jìn)行完整性檢驗(yàn)。

手法三：CSAM掃描聲學(xué)顯微鏡

掃描聲學(xué)顯微鏡利用高頻超聲波在材料不連續(xù)界面上反射產(chǎn)生的振幅及相位與極性變化來成像，典型的SAM圖像以紅色的警示色表示缺陷所在。

SAM和XRay是一種相互補(bǔ)充的手法，X-Ray對(duì)于分層的空氣不敏感，所得出的圖像是樣品厚度的一個(gè)合成體，而SAM可以分層展現(xiàn)樣品內(nèi)部一層層的圖像。因此，對(duì)于焊接層、填充層、涂覆層等的完整性檢測是SAM的優(yōu)勢。

手法四：激光誘導(dǎo)定位漏電結(jié)

給IC加上電壓，使其內(nèi)部有微小電流流過，在檢測微電流是否產(chǎn)生變化的同時(shí)在芯片表面用激光進(jìn)行掃描。由于激光束在芯片中部分轉(zhuǎn)化為熱能，因此，如果芯片內(nèi)部存在漏電結(jié)，缺陷處溫度將無法正常傳導(dǎo)散開，導(dǎo)致缺陷處溫度累計(jì)升高，并進(jìn)一步引起缺陷處電阻及電流的變化。通過變化區(qū)域與激光束掃描位置的對(duì)應(yīng)，即可定位出缺陷位置。

該技術(shù)是早年日本NEC發(fā)明并申請的專利技術(shù)，叫OBIRCH（加電壓檢測電流變化）。與該分析手法相似的，還有TIVA（加電流檢測電壓變化）、VBA（加電壓檢測電壓變化）。這三種分析手法本質(zhì)相同，只是為了規(guī)避專利侵權(quán)而做的不同檢測方式而已（TIVA為美國技術(shù)專利，VBA為新加坡技術(shù)專利）。

當(dāng)然，在進(jìn)行X-Ray、CASM、OBIRCH之前，可以對(duì)每個(gè)管腳進(jìn)行逐漸加電壓并偵測電流曲線是否異常，由此先大概確認(rèn)是否該管腳有失效的可能性。

如下圖多事，藍(lán)色線條為參考電流，所提供的幾個(gè)樣品RFVDD管腳電流均有異常。在確認(rèn)該異常之后，后續(xù)使用X-Ray等儀器時(shí)，可以更快速地鎖定缺陷點(diǎn)所在的區(qū)域。

在使用X-Ray等手法定位缺陷區(qū)域后，最終采用機(jī)械剖片、腐蝕液剖片的方法，利用顯微鏡進(jìn)行最后一輪的圖像物理確認(rèn)。