失效分析常用方法匯總

芯片在設計生產使用各環節都有可能出現失效，失效分析伴隨芯片全流程。

這*據北軟檢測失效分析實驗室經驗，為大家總結了失效分析方法和分析流程，供大家參考。

一、C-SAM（超聲波掃描顯微鏡)，屬于無損檢查:

檢測內容包含：

1.材料內部的晶格結構、雜質顆粒、夾雜物、沉淀物 

2.內部裂紋 

3.分層缺陷 

4.空洞、氣泡、空隙等。

二、 X－Ray（X光檢測），屬于無損檢查:

X-Ray是利用陰極射線管產生高能量電子與金屬靶撞擊，在撞擊過程中，因電子突然減速，其損失的動能會以X-Ray形式放出。而對于樣品無法以外觀方式觀測的位置，利用X-Ray穿透不同密度物質后其光強度的變化，產生的對比效果可形成影像，即可顯示出待測物的內部結構，進而可在不破壞待測物的情況下觀察待測物內部有問題的區域。

檢測內容包含：

1.觀測DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封裝的半導體、電阻、電容等電子元器件以及小型PCB印刷電路板

2.觀測器件內部芯片大小、數量、疊die、綁線情況

3.觀測芯片crack、點膠不均、斷線、搭線、內部氣泡等封裝缺陷，以及焊錫球冷焊、虛焊等焊接缺陷

三、SEM掃描電鏡/EDX能量彌散X光儀（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）,

SEM/EDX（形貌觀測、成分分析）掃描電鏡（SEM）可直接利用樣品表面材料的物質性能進行微觀成像。EDX是借助于分析試樣發出的元素特征X射線波長和強度實現的，根據不同元素特征X射線波長的不同來測定試樣所含的元素。通過對比不同元素譜線的強度可以測定試樣中元素的含量。通常EDX結合電子顯微鏡（SEM）使用，可以對樣品進行微區成分分析。

檢測內容包含：

1.材料表面形貌分析，微區形貌觀察  

2.材料形狀、大小、表面、斷面、粒徑分布分析

3.薄膜樣品表面形貌觀察、薄膜粗糙度及膜厚分析

4.納米尺寸量測及標示

5.微區成分定性及定量分析

• EMMI微光顯微鏡。對于故障分析而言，微光顯微鏡（Emission Microscope, EMMI）是一種相當有用且效率*的分析工具。主要偵測IC內部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination會放出光子（Photon）。如在P-N結加偏壓，此時N阱的電子很容易擴散到P阱，而P的空穴也容易擴散至N，然后與P端的空穴（或N端的電子）做EHP Recombination。

檢測內容包含：

1.P-N接面漏電；P-N接面崩潰

2.飽和區晶體管的熱電子

3.氧化層漏電流產生的光子激發

4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等問題

五、 FIB 線路修改，切線連線，切點觀測，TEM制樣，精密厚度測量等

FIB（聚焦離子束，Focused Ion beam）是將液態金屬離子源產生的離子束經過離子槍加速，聚焦后照射于樣品表面產生二次電子信號取得電子像，此功能與SEM（掃描電子顯微鏡）相似，或用強電流離子束對表面原子進行剝離，以完成微、納米級表面形貌加工。

檢測內容包含：

1.芯片電路修改和布局驗證              

2.Cross-Section截面分析                

3.Probing Pad                                 

4.定點切割   

六、 Probe Station 探針臺/Probing Test 探針測試，探針臺主要應用于半導體行業、光電行業。針對集成電路以及封裝的測試。 廣泛應用于復雜、高速器件的精密電氣測量的研發，旨在確保質量及可靠性，并縮減研發時間和器件制造工藝的成本。

檢測內容包含：

1.微小連接點信號引出  

2.失效分析失效確認

3.FIB電路修改后電學特性確認

4.晶圓可靠性驗證

ESD/Latch-up靜電放電/閂鎖效用測試（有些客戶是在芯片流入客戶端之前就進行這兩項可靠度測試，有些客戶是失效發生后才想到要篩取良片送驗）這些已經提到了多數常用手段。失效分析前還有一些必要的樣品處理過程。

七、 取die,decap（開封，開帽）,研磨,去金球 De-gold bump,去層,染色等，有些也需要相應的儀器機臺，SEM可以查看die表面，SAM以及X－Ray觀察封裝內部情況以及分層失效。Decap即開封，也稱開蓋，開帽，指給完整封裝的IC局部腐蝕，使得IC可以暴露出來，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，方便觀察或做其他測試（如FIB，EMMI）， Decap后功能正常。

檢測內容包含：

1.IC開封（正面/背面） QFP， QFN， SOT，TO， DIP，BGA，COB等

2.樣品減薄（陶瓷，金屬除外）

3.激光打標

八、Acid Decap，又叫化學開封，是用化學的方法，即濃硫酸及發煙硝酸將塑封料去除的設備。通過用酸腐蝕芯片表面覆蓋的塑料能夠暴露出任何一種塑料IC封裝內的芯片。去除塑料的過程又快又安全，并且產生干凈無腐蝕的芯片表面。

檢測內容包含：

1.芯片開封（正面/背面）  

2.IC蝕刻，塑封體去除

九、RIE是干蝕刻的一種，這種蝕刻的原理是，當在平板電極之間施加10～100MHZ的高頻電壓（RF，radio frequency）時會產生數百微米厚的離子層（ion sheath），在其中放入試樣，離子高速撞擊試樣而完成化學反應蝕刻，此即為RIE（Reactive Ion Etching）。

檢測內容包含：

1.用于對使用氟基化學的材料進行各向同性和各向異性蝕刻，其中包括碳、環氧樹脂、石墨、銦、鉬、氮氧化物、光阻劑、聚酰亞胺、石英、硅、氧化物、氮化物、鉭、氮化鉭、氮化鈦、鎢鈦以及鎢                 

2.器件表面圖形的刻蝕

十、研磨機，適用于高精微（光鏡，SEM，TEM，AFM，ETC）樣品的半自動準備加工研磨拋光，模塊化制備研磨，平行拋光，精確角拋光，定址拋光或幾種方式結合拋光。

檢測內容包含：

1.斷面精細研磨及拋光  

2.芯片工藝分析

3.失效點的查找         

十一、切割機，可以預置程序定位切割不同尺寸的各種材料，可以高速自動切割材料，提高樣品生產量。其微處理系統可以根據材料的材質、厚度等調整步進電動機的切割距離、力度、樣品輸入比率和自動進刀比率。

檢測內容包含：

1.通過樣品冷埋注塑獲得樣品的標準切面  

2.小型樣品的精密切割

十二、金相顯微鏡，可用來進行器件外觀及失效部位的表面形狀，尺寸，結構，缺陷等觀察。金相顯微鏡系統是將傳統的光學顯微鏡與計算機（數碼相機）通過光電轉換有機的結合在一起，不僅可以在目鏡上作顯微觀察，還能在計算機（數碼相機）顯示屏幕上觀察實時動態圖像，電腦型金相顯微鏡并能將所需要的圖片進行編輯、保存和打印。

檢測內容包含：

1.樣品外觀、形貌檢測  

2.制備樣片的金相顯微分析

3.各種缺陷的查找

十三、體視顯微鏡，亦稱實體顯微鏡或解剖鏡。是一種具有正像立體感的目視儀器，從不同角度觀察物體，使雙眼引起立體感覺的雙目顯微鏡。對觀察體無需加工制作，直接放入鏡頭下配合照明即可觀察，成像是直立的，便于操作和解剖。視場直徑大，但觀察物要求放大倍率在200倍以下。

檢測內容包含：

1.樣品外觀、形貌檢測  

2.制備樣片的觀察分析

3.封裝開帽后的檢查分析

4.晶體管點焊、檢查

十四、IV自動曲線量測儀，驗證及量測半導體電子組件的電性、參數及特性。比如電壓-電流。集成電路失效分析流程中，I/V Curve的量測往往是非破壞分析的第二步（外觀檢查排在步），可見Curve量測的重要性。

檢測內容包含：

1.Open/Short Test  

2.I/V Curve Analysis

3.Idd Measuring

4.Powered Leakage（漏電）Test

十五、高低溫試驗箱箱，適用于工業產品高溫、低溫的可靠性試驗。對電子電工、汽車電子、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研單位等相關產品的零部件及材料在高溫、低溫（交變）循環變化的情況下，檢驗其各項性能指標。

檢測內容包含：

1.高溫儲存  

2.低溫儲存

3.溫濕度儲存

北軟檢測智能產品檢測實驗室，能夠依據、國內和行業標準實施檢測工作，開展從底層芯片到實際產品，從物理到邏輯全面的檢測工作，提供芯片預處理、側信道攻擊、光攻擊、侵入式攻擊、環境、電壓毛刺攻擊、電磁注入、放射線注入、物理安全、邏輯安全、功能、兼容性和多點激光注入等安全檢測服務，同時可開展模擬重現智能產品失效的現象，找出失效原因的失效分析檢測服務，主要包括點針工作站（Probe Station）、反應離子刻蝕（RIE）、微漏電偵測系統（EMMI）、X-Ray檢測，缺陷切割觀察系統（FIB系統）等檢測試驗。實現對智能產品質量的評估及分析，為智能裝備產品的芯片、嵌入式軟件以及應用提供質量保證。

失效分析步驟:

1、 非破壞性分析：主要是超聲波掃描顯微鏡（C-SAM）--看有沒delamination，xray--看內部結構，等等；

2、 電測：主要工具，萬用表，示波器，sony tek370a，現在好象是370b了；

3、 破壞性分析：激光開封decap，機械decap，化學decap芯片開封機