FA技术

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可靠性的历史： 与失效作斗争的历史！
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引言 可靠性与失效
失效分析（FA）技术—与失效作斗争的有效技术
GJB548A-96微电子器件试验方法和程序，“方法5003微 电路的失效分析程序”对失效分析目的的描述：
－非破坏性分析
－内部无损探测
芯片粘接空洞
陶瓷基板与金属管 座粘接空洞
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失效分析技术
X射线透视系统- (4)用途 内部结构
－非破坏性分析
－内部无损探测
• 轴向二极管内部机构
从侧视图发现焊球脱开
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……
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失效分析技术 －非破坏性分析
－内部无损探测
X射线透视系统- (4)用途
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失效分析技术
X射线透视系统- (4)用途 缺陷
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Advanced Package
Flip Chip
照片由Xradia提供
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失效分析技术
－非破坏性分析
－XCT
¾高分辨
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失效分析技术
相位衬度－观察低原子系数材料
－非破坏性分析
－XCT
照片由Xradia提供
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低的VH，IH 高的VH，IH
模拟试验确认
综合分析确认为 误判
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失效分析技术
－非破坏性分析
－ X光透视与扫描声学分析(C-SAM)
反射式扫描声学显微技术
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X射线透视技术
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失效分析技术
X射线透视系统
－非破坏性分析
－内部无损探测
(2)工作原理
X射线检测是根据样品不同部位对X射线吸收率和透射 率的不同，利用X射线通过样品各部位衰减后的射线 强度检测样品内部缺陷的一种方法。
透过材料的X射线强度I（x）随材料的X射线吸收系数 u和厚度x作指数衰减：
I（x）＝Io exp (－u x)
失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查，根据需 要，使用电测试以及许多先进的物理、金相和化学的分析技 术，以验证所报告的失效，确定其失效模式，找出失效机 理。
失效分析程序（按试验条件所指明的）应足以得出相应 结论，确定失效的原因或相应关系，或者在生产工艺、器件 设计、试验或应用方面采取纠正措施，以便消除所报告的失 效模式或机理产生的原因或防止其重新出现。
电子元器件
失效分析技术交流
工信部电子第五研究所
（中国赛宝实验室）
研究分析中心
李少平
87237725
中国赛宝实验室
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引言 可靠性与失效
元器件制造
原理 功能 环境
…
元器件应用
设计 工艺 评价 反馈
目标
固有
应用
可靠性 可靠性
选型 采购 装配 现场
失效率 寿命
失效分析技术
－非破坏性分析
－XCT
照片由CXErPaRdEiIa提供
Complex Packaging technology
Smaller feature dimensions;
3D stacked structures;
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high density

失效分析技术 －非破坏性分析
－内部无损探测
扫描声学显微系统- (1)基本结构
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失效分析技术 －非破坏性分析
扫描声学显微系统- (2)工作原理 －内部无损探测
Transducer 超声波探头
Signals in Digital Oscilloscope
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失效分析技术
VDD与DGND之间已经引入串联电阻
－非破坏性分析
－电测试、分析
失效样品 VDD对DGND的I-V特性
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中w国ww赛.r宝ac实.c验e好p室re样i.co品m VDD端对DGND的I-V特性

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失效分析技术 －非破坏性分析
－试验＋电测分析
虚焊
Xradia
Micro-XCT Nano-XCT
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失效分析技术
X射线透视系统
(1)基本结构 X射线源 屏蔽箱 样品台 X射线接收成像系统
－非破坏性分析
－内部无损探测
资料来源：Feinfocus
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shorts evaluation
照片由CXErPaRdEiIa提供
中w国ww赛.r宝ac实.c验ep室 Broken wires
Advanced Package Inspection: Wire Bonds, short, open
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5
失效分析技术
*与失效现场不一致 *间歇失效 …
2) 确认异常功能和异常直流特性的引脚
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失效分析技术 －非破坏性分析
－电测分析
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A505345-1 SMT Picture
solder ball and the via
照片由CXErPaRdEiIa提供
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照片由CXErPaRdEiIa提供
中w国ww赛.r宝ac实.c验ep室 400.9µm
4
失效分析技术 －外观分析
外观分析工具： ¾目检 ¾体视显微镜 ¾金相显微镜
…
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失效分析技术 －外观分析
引脚交叉
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漏液
外壳弧形变形
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（CSEOPNRIEXI提供）

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失效分析技术 －非破坏性分析
扫描声学显微系统- (3)用途
－内部无损探测
•声扫与 X射线
的对比
•声扫与 研磨后形
貌像对比
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失效分析技术
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失效分析技术 －非破坏性分析
－内部无损探测
X射线透视系统- (3)技术指标
空间分辨率：亚微米量级； 图像的放大倍数：～104； 被检测物体的尺寸：数百毫米； 被测物体水平旋转：3600 ，
与 现 场
温度冲击或机械振动 观察到开路 加电监测 观察到短路
疲劳 金铝化合物
塌丝 跨线
失
高温反偏
观察到失效 离子沾污
效
低温加电
观察到失效 热载流子注入 开封后的表
不 一
微粒子噪声
有噪声和短 路消失
可导电微粒短路
面异常定位 和分析证实
致
气氛检测
高水汽或异
腐蚀
常气氛 外表面可动离子
与同批产品抗闩锁能 力测试结果
MicroXCT 3D x光成像仪,分辨能力 < 1µｍ NanoXCT 3D x光成像仪,分辨能力 <30nm
应用领域: 半导体(逆向分析、失效分析、MEMS), 生物医学、材料科学, 纳米技术等。
¾三维 ¾剖面 ¾低原子系数 ¾材料
Low Z 物质能够利用相 位衬度成像，就有如
high Z 物质一样清晰。
海藻体切面图
Agarose CT slice. Agarose 来 自于海藻， 是一种Low Z 物质。
CT切面：钻孔和缺陷能被检测
CT Slice: Region of interest for drill hole and defects can be located easily
照片由CXErPaRdEiIa提供
医用CT
照片由Xradia提供 Nano-XCT
照片由Xradia提供
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照片由Xradia提供
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失效分析技术 －非破坏性分析
－XCT
核心技术: 新型ｘ光成像概念, 在高分辨ｘ光光学元件制造, 高性能ｘ 光成像，系统设计 及3D成像算法和软件.
Z方向调整：±450的。
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失效分析技术 －非破坏性分析
－内部无损探测
X射线透视系统- (4)用途
X射线透视仪一般用于检测电子元器件及多层 印刷电路板的内部结构 内引线开路或短路 粘接缺陷 封装裂纹、空洞 桥连、立碑及器件漏装 焊点缺陷（PCB）
－非破坏性分析
－XCT
specified solder ball
－非破坏性分析
－ＸＣＴ
PCB
Crack on the opposite side of interest
400.9µm
Bank 0
Fig 1. Low resolution mosaic
chip
Crack between the specified
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失效分析技术
分析流程
失失外非半破综报
效效观破破坏合告
现模检坏坏性分编
场式查性性分析写
信确
分分析
息认
析析
调
查
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
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扫描声学显微系统- (4)用途
X－RAY、 C－SAM 证据呼应
X－RAY知道有空洞， 但空洞在那个界面？
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C－SAM定义了空洞的界面
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失效分析技术
－非破坏性分析
－内部无损探测
XCT－断层扫描
Micro-XCT
Gate
Ultrasonic 超声波
EMC
Package Surface
Die Surface
Die
Die Bottom
Die Attach Adhesive
Package Surface
Die Surface
Die Bottom
用反射信号检测每个界面的缺陷
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支架破损
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失效分析技术 －非破坏性分析 －电分析
目的：确认失效模式和失效管脚定位，识别部分失效机理 方法：与同批次好品同时进行测试和试验
功能测试和管脚直流特性（I-V特性） 对照良好样品、产品规范，解释差异 仪器设备：晶体管特性测试仪，集成电路端口I－V特性分 析仪，半导体参数分析仪，集成电路测试仪， ……。 结果: 1) *参数漂移 *参数不合格 *开路 *短路
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失效分析技术 －非破坏性分析
－内部无损探测
扫描声学显微系统- (1)基本结构
换能器及支架 脉冲收发器 示波器 样品台（水槽） 计算机及 显示器
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失效分析技术 －非破坏性分析
衬度分辨能力的证明: Low Z 样品---海藻体， －XCT
鈹 : At. No. 4 Examples of Low Z Materials Imaging
2维X光：鈹里钻孔可轻易的被检测
失效分析技术
－非破坏性分析
XCT的独特之处2: 3D 成像和虚拟断－层X展CT示