IC失效分析培训

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❖ 分析人员应具有的素质 具有半导体集成电路的专业基础 知识,熟悉集成电路原理,设计,制造,测试,使用线路, 可靠性试验,可靠性标准,可靠性物理和化学等方面的有 关知识,并有一定的实践经验,必须受过专业培训。
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能力。 有固有可靠性和使用可靠性之分,固有 可靠性指通过设计和制造形成的内在可 靠性,使用可靠性指在使用过程中发挥 出来的可靠性。它受环境条件,使用操 作,维修等因素的影响,使用可靠性总 小于固有可靠性。
鉴别失效模式
❖ 电参数测试。 ❖ 开短路测试。目前有5台专用开短路测试机:
S9100,测试品种有PQFP44,LQFP44, PQFP52,PQFP64,DIP和SDIP中的部份。 CD318A,测试品种有, 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是否有该 品种的测试程序,如果没有则要请相关人员编 写程序。

失效分析的原则
❖ 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
❖ 失效现象记录。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。
❖ 鉴别失效模式。用现有设备确认产品失效是否与客户所述一致, 并如实记录下失效情况。
失效信息收集
❖ 产品信息 :生产日期 ,客户,封装形式,型 号,批号,良率情况,生产批还是试验批,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, 是否测试过,测试机台状况等。
❖ 失效现象记录。失效日期,失效地点,数量, 失效环境,是否工作过(即是否焊在整机上使 用过),客户是否在使用前对产品测试过,工 作条件是否超过规格范围。
往客户。
为何分析?信息反馈?(一)
❖ 客户投诉。如客户反映良率低,产品的某一参数不达 标,开短路,产品使用时功能不良等。一般由业务或 外经部转品管,再转总厂进行失效分析。
❖ 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 ①产品经外观检后品管开短路抽测异 常。通常每批抽100只如次品超过3只,则加抽300只, 仍超标则要分析。②对测试分厂已测产品抽测异常。 通常测试分厂送样一只,仅要求开帽分析。测试分厂应 附失效分析申请单。
静电对电子元件之影响
❖ 物体放电形式主要通过低电阻区域,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,但这种损坏只有 10%可引起产品即时损坏,90%的产品可毫无 觉察地通过测试,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成品率下降。
❖ 回流焊REFLOW:用于判断器件(SMD)在回流焊接 过程中所产生之热阻力及效应。
❖ 易焊性SOLDER:判断产品之可焊度。 ❖ 耐焊接热:判断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能力。
可靠性试验(三)
❖ 交变试验:评估产品在经过极高,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:评估非密闭性之固态产品在湿气环境下之 可靠度,使用温度条件加速水汽渗透。
❖ 高温贮存HTST:判断高温对产品之效应。
❖ 低温试验LT:判断低温对产品之效应。
❖ 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。
可靠性试验设备
❖ 试验设备: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。
静电,静电放电
❖ 静电 当两种材料一起摩擦,一种材料丢失电 子,另一种则收集电子,前者带正电,后者则 带负电,如果两种摩擦的物体在分离的过程中 电荷难以中和,电荷即会积累使物体带上静电。 静电就是一种物体上的非移动的充电。
❖ 静电放电 如果带静电的物体遇到合适的机会, 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。
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。 一般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。
江苏长电科技股份有限公司
IC失效分析培训教材 IC工程部
一般概念
❖ 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模式,失效机理,失效原
因和失效性质而对产品所做的分析和检查。 ❖ 失效模式:失效的表现形式。 ❖ 失效机理:导致器件失效的物理,化学变化过程。 ❖ 失效原因:导致发生失效的直接原因,它包括设计,制造,使用和
封装基本流程
❖ 磨片—划片—装片—球焊—包封—后固 化—电镀—打印—冲切成型—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)根据工艺标准, 客户要求或一些特殊要求磨去一层,使芯片的厚度达 到要求。
❖ 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。
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,通过失效分
析可以验证器件是否失效,识别失效模式,确定失效机理和失效原 因,根据失效分析结论提出相应对策,它包括器件生产工艺,设计, 材料,使用和管理等方面的有关改进,以便消除失效分析报告中所 涉及到的失效模式或机理,防止类似失效的再次发生。
❖ 用自已的语言描述失效特征。 ❖ 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。
❖ 试验设备 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)。
❖ 工作间设施 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, 失效器件的主要失效现场信息。 b, 失效器件的失效模式。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,以及相应说明。
可靠性试验(一)
❖ 温度循环TCT:判断产品在极高,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:利用严厉的压力,湿气 和温度加速水汽之渗透来评估非密闭性 之固态产品对水汽渗透之效应。
❖ 加速老化HAST:同上。
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可靠性试验(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。
❖ 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。此时芯片背面上须用粘接剂 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,对芯片起保 护作用和支撑作用。
X-RAY判断原则
不良情况 球脱 点脱
整体冲歪,乱,断
个别金丝断 只有局部冲歪 金丝相碰
原因或责任者
组装
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。
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,实 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),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),上图中芯片表面粉红 色部位为氧化硅。整个芯片表面有一 层薄薄的芯片保护层。腐球后的压区 有不同的颜色,如红,黄,绿,蓝, 紫等,这是因为氧化层厚度不同的缘 故。 上图为一例,实际上视芯片不同 各部位颜色或形状有很大区别。
静电产生的宏观原因
❖ 环境如地面,装修隔间,温湿度。 ❖ 工具和材料 清洗机,吸管,镊子,物流车,
周转箱,烘箱,纸片,工作机台等。 ❖ 工作者及其活动 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
❖ 静电防护原则: 少产生,不积累,快泄放。
❖ 静电防护基本方法:泄漏,中和,屏蔽
❖ 后固化—使包封后的树脂体进一步固化。 ❖ 电镀—在引线条上所有部位镀上一层锡,保证产品管脚的
易焊性。 ❖ 打印—在树脂体上打上标记,说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—筛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成品库。待机发
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。
❖ 观察测量设备 X射线透视机,金相显微镜(放大倍数50--1000),测量显微镜(带摄像头并与显示器和终端处理电脑相连, 放大位数50---500),立体显微镜,扫描电子显微镜SEM。
为包封不良,原因为吹模不尽,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。
❖ 测试设备:多功能晶体管筛选仪,晶体管图 性特示仪(XJ4810,370B等)。
失效率
❖ 失效率指产品工作到t时刻后在单位时间 内失效的概率。单位: %/103小时。 (每工作1000小时后产品失效的百分数)
失效曲线
❖ 也称失效浴盆曲线,因形状象浴盆。 ❖ 早期失效期:λ(t)大,随时间迅速
下降。通过改进设计,加强监控可减 少早期失效,通过筛选可减小(缩短 或去掉)早期失效期.工艺缺陷、材料 缺陷、筛选不充分引起。 ❖ 偶然失效期:λ(t)小,为常数,时 间较长,失效带有偶然性,是使用的 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:产品使用后期,λ(t) 迅速增加,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
❖ 环境方面,铺设防静电地毯,地板,台垫,入口处工 作处接地线等防静电消除器。控制温湿度,使用离子 风机,静电环。
❖ 器材方面,防静电工作服,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,将静电防护体现到元件和产品设计中, 尽量使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,对使用的静电放电敏感器件提供适当 的输入保护。
为何分析?信息反馈?(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馈组装。此时出现的 一些异常,可能要求分析。
❖ 客户要求的其它分析。如看金丝,布线图,芯片表 面,芯片粘结形式等。
❖ 所有的分析结束后,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工作。
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