封装FA分析教程
ESD失效分析FA及案例介绍
2021/2/4
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典型的失效形式
• 1、D-S silicon filament defect due to high ESD stress field
• 2、gate oxide films breakdown due to high ESD electric field
• 3、ESD damages in metal interconnect due to joule heating
• 软失效：漏电流（例如10-9－－－10-6），峰值电流等，外观上无法 看出，可以使用CURVE TRACER、semiconductor parametric analyser测 量出，并分析失效部位
• 潜在失效：很难观察到。主要是specification下降、电学特性退化、寿 命降低。典型的是介质的局部损伤（例如time-dependent dielectric breakdown (TDDB) of gate oxide layers,并伴随漏电流增加，阈值电压漂 移，功率容量下降等）
(3)CDM下内部NMOS栅氧击穿
(1)
(2)
(3)
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2、gate oxide films breakdown
1.5微米cmos工艺音频IC
(1)MM下ESD防护器件NMOS栅氧击穿
(2)CDM下内部NMOS栅氧击穿
(3)HBM下ESD防护器件NMOS的contact的spiking demage
3、ESD damages in metal interconnect
• 还有一种典型的损伤：是金属互连线的热损坏，在Al和Cu工艺中都会 出现。
• 图Al挤出型，0.25工艺中普遍使用的Ti/Al/Ti互连技术。当Al过热熔化 后，就会流入在Al和Al金属层之间的介质层的显微裂纹中。
FA失效模式分析
2021/4/14
1.0 基本概念
1.2 什么是“失效模式” ? --- 失效模式是指由失效机理所引起的可观察到的物理 或化学变化（如开路、短路或器件参数的变化）。
通俗讲就是失效的表现形式。 失效模式通常从技术角度可按失效机制、失效零件 类型、引起失效的工艺环节等分类。从质量管理和可靠性 工程角度可按产品使用过程分类。
(FA)失效分析基本常识 及操作流程
—— 建立失效分析管理程序
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1.0 基本概念
1.1 什么是“失效分析” 、“FA”? 失效分析：
--- 是指产品失效后，通过对产品及其结构、使用和技 术文件的系统研究，从而鉴别失效模式、确定失效机理 和失效演变的过程。 FA: --- Failure Analysis
案例
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4.0 分析方法
4.2 半破坏性分析
修复参数，提取能够 使其参数回复的条件，
从而总结失效机理
案例
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4.0 分析方法
4.3 破坏性分析 排除A处的因素
案例
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4.0 分析方法
4.3 破坏性分析
分解器件观察 对比
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5.0 主要程序
失效情况调查
器件相关信息 使用信息 环境信息
失效现象
失效过程
鉴别失效模式 失效特征描述
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光电特性测试 结构特征鉴定
形状 颜色
大小 机械结构
位置 物理特性
5.0 主要程序
失效机理分析
参考相关标准 综合分析 还原现象 观测失效样品 实验对比
提交分析报告
任务来源 分析过程
FA分析使用的流程从哪取
FA分析使用的流程从哪取简介FA分析（也称为因子分析）是一种统计方法，用于揭示潜在变量之间的关系，并且可以分析数据背后的结构。
在实际应用中，FA分析可以帮助我们减少变量的维度、提取有意义的信息、解释数据变化等。
本文将介绍FA分析的使用流程。
流程概述使用FA分析进行数据解析通常包含以下几个主要步骤： 1. 确定研究目的和问题 2. 数据准备 3. 进行FA分析 4. 结果解释和验证1. 确定研究目的和问题在进行FA分析之前，首先需要明确研究目的和问题。
这有助于选择适当的FA方法，并为结果解释提供背景信息。
常见的研究目的和问题包括： - 变量降维：需要将大量变量降维成少数潜在因子 - 结构提取：希望从数据中提取有关隐藏结构的信息 - 数据解释：需要解释变量之间的关系或数据变化的原因2. 数据准备在进行FA分析之前，需要准备干净、整理过的数据。
数据准备包括以下几个步骤： - 数据收集：收集与研究目的相关的数据 - 数据清理：检查并处理缺失值、异常值和离群值等 - 数据标准化：将原始数据进行标准化处理，以确保变量具有相似的尺度3. 进行FA分析完成数据准备后，即可进行FA分析。
FA分析的主要目标是通过寻找最佳的因子解释变量之间的协方差或相关性。
主要步骤如下： - 选择FA方法：根据研究目的和数据特点选择合适的FA方法，例如主成分分析（PCA）或最大似然估计（MLE）等 - 确定因子数：通过因子数选择方法（例如特征值大于1、解释方差占比等）确定最佳的因子数 - 估计因子载荷：估计每个变量与每个因子之间的关系，即因子载荷 - 提取因子：根据估计的因子载荷提取最终的因子 - 旋转因子：对提取的因子进行旋转，以提高解释性和可解释性 - 解释和验证：解释提取的因子，验证因子的解释性和可靠性4. 结果解释和验证完成FA分析后，需要对结果进行解释和验证。
这包括以下几个方面： - 因子载荷表：分析因子载荷表，了解变量与因子之间的关系 - 因子得分：计算每个样本在每个因子上的得分，以进一步分析样本之间的差异 - 因子解释：解释每个提取的因子，了解其代表的意义和潜在结构 - 因子验证：使用其他方法（如验证性因子分析）验证提取的因子解释性和可靠性总结FA分析是一种有力的数据解析方法，可以揭示数据背后的结构和隐藏因素。
FA技术
供应商 采购批 失效原因 使用信息
评价
评价
分析
反馈
可靠性的历史： 与失效作斗争的历史！
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CEPREI
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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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CEPREI
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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
中w国ww赛.r宝ac实.c验ep室
……
中w国ww赛.r宝ac实.c验ep室
CEPREI
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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
中w国ww赛.r宝ac实.c验ep室
CEPREI
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失效分析技术
X射线透视系统- (4)用途 缺陷
中w国ww赛.r宝ac实.c验ep室
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Advanced Package
Flip Chip
照片由Xradia提供
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CEPREI
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失效分析技术
－非破坏性分析
－XCT
¾高分辨
中w国ww赛.r宝ac实.c验ep室
CEPREI
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失效分析技术
电子料件 FA常用分析手法
主要內容FA分析流程 X-ray分析介紹 解剖分析介紹 切片分析介紹 沾錫天枰介紹 不良分析案例分享FA分析流程不良現象確認 不良現象確認 否 是否為原 材不良 是 蒐尋相關lot no 蒐尋相關lot no 制程改善 制程改善 外觀確認 外觀確認 電氣特性測試 電氣特性測試 真因分析 真因分析 解剖分析 解剖分析 改善措施提出並執行 改善措施提出並執行 提交報告 提交報告 沾錫天枰 沾錫天枰 X-ray分析 X-ray分析 切片分析 切片分析X-ray分析介紹 分析介紹1.焊点内部缺陷检查 2.產品内部結構检查失效定位 模式判定3.端子内部膜厚測量 4.內部缺陷定位主要设备： 主要设备：Feinfocus X-ray Inspection System : FXS-160.40 3DX检测，分辨率 ～1微米 检测， 检测 微米X-ray分析介紹 分析介紹x x x xxµBGA:高放大倍率下双精度斜面观察. 开路的焊接点（X） 高放大倍率下双精度斜面观察 开路的焊接点（ ）X-ray分析介紹 分析介紹產品內部結構檢驗X-ray分析介紹 分析介紹X-ray膜厚測量解剖分析介紹尋找真因1.產品内部構成部分检查主要设备：刀具， 主要设备：刀具，立体显微镜 金相显微镜、光学显微镜 金相显微镜、切片分析方法与步骤 取样 镶嵌 磨片 抛光 腐蚀 观察仪器设备：抛磨机、 仪器设备：抛磨机、金相显微镜 材料： 环氧树脂、蚀刻液、 材料： 环氧树脂、蚀刻液、抛光膏切片分析1.取樣 需分析之產品 2.鑲嵌 鑲嵌的目的是將樣品固定在型具中，使其需研磨的部位 露在外，防止在磨削時被拖立延伸而失真。
2.1配膠： 封膠以透明度良好硬度大，氣泡少者為佳。
如connector 膠水配比為： 水晶膠：催化劑：固化劑=30：0.8：1 2.2將需灌膠的樣品放到塑料型具中，放置30分鐘後進行磨 片，如圖3.磨片、拋光是利用切削力將樣品需分析處磨到中央部位，以便觀察孔壁斷面情況或鍍層結構。
FCBGA封装 FA 案例分享
3）FCBGA是湿敏性元件,使用前需进行除湿处理。7 Nhomakorabea5
该样品为塑料FCBGA封装，对潮湿非常敏感，在高温条件下，它能使封装器 件与衬底裂开。这是由于芯片与基板之间所填充的环氧树脂容易吸附潮气，当 器件被加热到再流焊温度时，它所吸附的潮气就会汽化，在环氧树脂内造成大 的应力，水汽如果在粘模片下的衬底上形成气泡，将导致炸裂。如果吸附的潮 气很多，那么炸裂就会很厉害，使芯片凸点与封装基板之间发生裂缝分层、焊 球断裂，最终导致多个管脚与地之间开路失效。
CASE 2 ➢FCBGA封装器件的失效分析与对策
通过两个FCBGA封装器件失效的案例，分析了两只FCBGA失效器件失效 的原因，一个是芯片上的焊球间存在铅锡焊料而导致焊球短路，另一个则 是因封装内填料膨胀分层而导致的焊球开路。提出了针对这种形式封装的 器件在使用过程中的注意事项及预防措施，以减少该类失效情况的发生。
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受潮的P-FCBGA在使用前必须进行除湿处理，BGA的除湿通常有低温除湿和 高温除湿两种。
（1）低温除湿是采用低湿柜除湿，除湿比较费时，通常在5%的湿度条件下， 需要192小时；
（2）高温除湿是采用烘箱除湿，除湿时间比较短，通常在125℃条件下，需 要24小时。
4 结论
1）FCBGA器件中的焊球在高温焊接过程中出现焊球熔融、连接形成短路通道 的失效现象。
4
考虑到BGA封装过程中采用回流焊接工艺连接芯片焊球与PCB衬底，焊料 在此过程中会熔化。因此判断短路是在回流焊接时形成的，是焊球在高温 时熔融形成的短路通道。 ➢FCBGA封装器件，经失效模式确认，样品大部分管脚与地之间为开路。 进行cross－section分析，发现芯片上的焊球多处发生断裂开路，如图7所 示。
FA元件分析报告
FA元件分析报告1. 引言本报告旨在对FA元件进行详细的分析和评估，以提供关于该元件的基本信息、功能特点、应用领域和市场前景等方面的相关数据和参考意见。
2. FA元件的定义FA元件，即故障分析元件，是一种用于故障诊断和故障分析的电子元件。
它可用于监测电路中的故障、提供故障诊断的信息和错误报告，并支持对故障进行修复和维护。
3. FA元件的基本信息FA元件的基本信息如下：•元件类型：故障分析元件•封装类型：多种封装可选•工作电压范围：根据具体型号而定•工作温度范围：根据具体型号而定•外形尺寸：根据具体型号而定4. FA元件的功能特点FA元件具有以下功能特点：4.1 故障监测FA元件可实时监测电路中的故障情况，通过内部的传感器和算法，检测异常信号并进行故障判断。
4.2 故障诊断一旦发现故障，FA元件会收集故障信息，并根据预设的故障诊断算法，对可能的故障原因进行分析和诊断，从而提供精确的故障报告。
4.3 错误报告FA元件通过输出错误报告，将故障信息传递给外部设备或系统，以便进一步处理和修复故障。
4.4 修复与维护支持FA元件还可以提供关于故障修复和维护的建议和指导，包括推荐的修复方法、替换元件的型号和供应商等信息。
5. FA元件的应用领域FA元件在以下领域中具有广泛的应用：•工业自动化控制系统•电力系统和电力设备•交通运输领域•医疗设备和医疗技术•智能家居和物联网应用6. FA元件的市场前景随着工业自动化、智能制造和物联网技术的快速发展，FA元件作为故障分析和诊断的重要工具，将在未来的市场中扮演越来越重要的角色。
预计FA元件市场将保持稳定增长，并呈现出巨大的潜力和机会。
7. 结论本报告对FA元件进行了详细的分析和评估，并介绍了其基本信息、功能特点、应用领域和市场前景等方面的相关内容。
FA元件作为故障分析的关键工具，将在未来的技术发展中发挥重要作用，并为各个行业带来更高效、可靠和安全的工作环境和系统。
封装FA分析教程
第二单元 集成电路芯片封装可靠性知识—郭小伟（60学时）第一章、可靠性试验1．可靠性试验常用术语试验名称 英文简称 常用试验条件备注温度循环 TCT （T/C ） －65℃~150℃, dwell15min, 100cycles 试验设备采用气冷的方式，此温度设置为设备的极限温度 高压蒸煮 PCT 121℃，100RH., 2ATM,96hrs 此试验也称为高压蒸汽，英文也称为autoclave热冲击 TST （T/S ）－65℃~150℃, dwell15min, 50cycles 此试验原理与温度循环相同，但温度转换速率更快，所以比温度循环更严酷。
稳态湿热 THT85℃,85%RH.,168hrs 此试验有时是需要加偏置电压的，一般为Vcb=0.7~0.8BVcbo,此时试验为THBT 。
易焊性 solderability 235℃,2±0.5s此试验为槽焊法，试验后为10~40倍的显微镜下看管脚的上锡面积。
耐焊接热 SHT260℃,10±1s 模拟焊接过程对产品的影响。
电耐久 Burn inVce=0.7Bvceo,Ic=P/Vce,168hrs模拟产品的使用。
（条件主要针对三极管）高温反偏 HTRB 125℃,Vcb=0.7~0.8BVcbo,168hrs主要对产品的PN 结进行考核。
回流焊 IR reflowPeak temp.240℃（225℃）只针对SMD 产品进行考核，且最多只能做三次。
高温贮存 HTSL 150℃,168hrs产品的高温寿命考核。
超声波检测 SAT CSCAN,BSCAN,TSCAN检测产品的内部离层、气泡、裂缝。
但产品表面一定要平整。
2．可靠性试验条件和判断试验流程:F/T SAT1-4 1-5 F/T 1-6 1-72:T/S 3: T/C 4:PCT 5: THT 6:HSTL以客户为代表为例子:客户1：precondition TCT –55/125℃,5cycles for L1,l2,L3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –55/125℃,10min,200cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,96hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,168/500/1000hrs sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户2：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,10min,500cycles sample size: 77Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,1000hrs sample size: 77 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,1000hrs sample size:77 Ac:Re=(0,1)HAST: 130℃/85%rh,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)客户3：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 24 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168hrs sample size:24 Ac:Re=(0,1)客户4：precondition T/C N/A ，L1 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,100/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168/336hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃10SEC sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户5：QFP 做 precondition，DIP不做preconditionprecondition T/C N/A，L3 sample size：184 Ac:Re=(5,6)T/C: –65/150℃,15min,200/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168/500/1000hrs sample size:45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃5SEC sample size: 15 Ac:Re=(0,1)塑料密封等级塑料密封等级：在装配现场拆包后地面存放期标准试验条件LEVEL 1 在小于30C/85%相对湿度无期限 85C/85% 168小时LEVEL 2 在30C/60%条件下1年85C/60% 168小时LEVEL 3 在小于30C/60%条件下1周 30C/60% 192小时加速=60C/60% 40小时SAMPLE：50塑料密封等级试验步骤：1． DC和功能测试2．外观检查（在80倍以上显微镜下检查）3． SAT扫描4． BAKE 125C/24小时5．做LEVEL 相应条件的试验6．在15分钟后和4小时内做3次回流焊—注意温度曲线必须提供和符合JEDEC标准。
FA、DC测试工具及操作指引(包含异常处理)
2.3 FA test目的
检测手机主板经过组装后其相关功能是否正常。
.
3
三、FA工具使用介绍
3.1 MTK FA 工具软件界面及介绍
.
4
3.2 FA test工位操作流程
将待测整机放 入测试治具
将整机上的IMEI 号扫入比较工具 中的:PHONE_IMEI
文本框
NG
对比工具 对扫描进 入的IMEI号 进行对比
.
OK
流入下
一工位
18
7.4 卡通箱标签打印说明
7.4.1卡通箱标签打印工具主界面
7.4.2 卡通箱标签打印流程
选择卡通箱 打印，输入
每箱数量
光标聚焦 到IMEI1文
本框
扫入待装 箱的彩盒 上的IMEI
7.2 彩盒标签打印说明
7.2.1 彩盒标签打印工具界面如下：
7.2.2 彩盒标签打印流程：
将整机IMEI标签上的 IMEI号扫入打印工具
中的:IMEI文本框
将整机IMEI标签上 的SN号扫入打印工 具中的:SN文本框
打印工具 判断SN与
OK
IMEI号是
否正确
NG
将整机与彩盒放 在不良区
.
重新打印
重复以上测试流程
.
5
3.3 NXP FA 工具软件界面（初始化成功）
.
6
3.4 NXP平台 FA 测试操作流程
将数据线插入 整机USB口
重测
取出整机
整机放入 测试治具
自动
NG
测试
OK
流入下一个工 位，重复以上
FA process instruction (半导体器件失效分析)
有信号时的照片
无信号时的照片
局部放大图片
有信号时的图象
无信号时的图象
EBT测试波形
EOS激光测试系统
• • CCD
• Si
• 照明系统
• 二色镜
• 监视器
• 偏振分束镜
物
• 待测信号
镜
•
探
•
Pianzhen
• GaP探头
测
器
• 650nm激光器
• 待测电路
• 参考信号
• 斩波器
• 锁相放大器
• 示波器
3、显微红外热像仪的应用 主要是功率器件和混合集成电路
10.2 液晶热点检测技术
1、什么是液晶： 液晶是一种既具有液体的流动性，又具有晶体各向 异性的物质。它具有一个独特性质，当温度高于某 一临界温度Tc时，就会变成各向同性。
2、液晶热点检测设备要求 偏振显微镜（长工作距离） 温控样品台（温度精度0.1 ℃） 样品的电偏置（prober或packaged device）
封装内水汽凝结、介质的离子粘污、欧姆接 触退化、金属电迁移、辐射损伤
例： Pad点处无钝化层，有水汽的话，会导致短
路，水汽蒸发后又恢复绝缘性，表现为工作 时参数不稳定。
失效物理模型： 1、应力－强度模型（适于瞬间失效） 失效原因：应力>强度 例如：过电应力（EOS）、静电放电
（ESD）、闩锁（Latch up）等。 2、应力－时间模型 （适于缓慢退化）
失效原因：应力的时间积累效应，特性变化 超差。
例如：金属电迁移、腐蚀、热疲劳等。
3、温度应力－时间模型 反应速度符合下面的规律
dM
−E
= Ae kT
FA基础知识配置手册
2路同向64kb/s接口。G.703接口。需专用电缆， 2根/板。可靠传送30m。
第32页/共58页
HONET FA16在专网中的配置 ——数字用户板
H 3 0 1 S R X ： 子速率接口板。每板提供5路同步或3路异步子速
分 线
用户
盒
驻地网
配线层 引入层
网络层次清晰，便于逐步推进接入网的光纤化
《邮电部技术规定》YDN005-1996，YDN061-1997，YDN057-1997 中都有明确定义
第3页/共58页
窄带接入网的功能结构模 型
邮电部提出接入网主要实施五种功能，即用户口功能（UPF）、业务 口功能（SPF）、核心功能（CF）、传送功能（TF）和接入网系统 管理功能（SMF）。
输、配线架等全部
集成在一个机柜中。
分体式机柜2.2m-D（FAV02-D）
配线架、蓄电池、电源等需要外置
第19页/共58页
HONET FA16在专网中的配置 ——基本原则 点对点/板对板配置。 先配ONU，再配OLT。
“OLT=∑ONU”
第20页/共58页
HONET FA16在专网中的配置
各ONU站点 ONU配置：
HONET FA16在专网中的配置 ——主控板 1
H 3 0 2 P V 8 / P V 4 ： V5.2协议处理和主控板，是H301PV8/PV4的升级
版本。 8/4个E1接口，用于V系列ONU中。出V5.2接口， 通过E1与光传输和OLT相连。每块02PV8 /PV4有40条差 分HW，本板用8条，另外32条可以带四框本地RSP用户框， 收敛比为1：1，需要配差分HW电缆。两块PV8/PV4工作 于主备用方式（除E1接口）。
FA流程介绍
Kitting流程介绍
-- 作业员根据亮灯系统检料
1.亮灯系统
NG OK
PS:如显示OK介面库位灯便正常运作 如显示另两种情况,此台机器不可投入.
NG
Kitting流程介绍
- - Traceability材料刷入
2. Traceability:结合三大件刷入系统
PS: 1.如要刷入材料料号与系统显示不附,会出现不能结合现象.需确认材料是否正确后再刷。
O/L流程介绍----CT Label结合查询
1.通过以下界面,刷入CT/SN可以查出结合状况/时间/班次/负责人
O/L流程介绍----HDD拷贝
HDD拷贝
1.放置 Master HDD 于左上角 Master 位置。 2. 放置欲复制 HDD 于其余位置。 3.选择 Quick Copy:按蓝色 [GO] 按钮(图一)。 若为E25,则需使用 Quick Copy中Keep模式, 而不可使用expand模式., 4.显示 PASS 画面，按蓝色〔ＧＯ〕按钮， 取下 Target HDD。
OQC/EOQC
Pass
Down image Packing
Shipping
O/L流程介绍
1.生产安排, 主要依据：每日生产白板会议经理决定
PS:投入先后顺序，主要参考出货顺序
O/L流程介绍
2.根据BOM&FIS查出机型配备
SAP操作步骤:
登入SAP系统,进入CS11界面,输入机型十二码进入后, 查询所需材料.
FA Start Kitting LCM Ass’y FA-Pre Ass’y Pre-Test
Pass
Packing Cosmetic
Pass Fail Fail
FA失效模式分析PPT课件全篇
2024/10/10
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10/10/2024 10/10/2024
9.0 FA工程师因该具备的能力
1. 要懂基础的物理科学，对物理对电路都要有
一定的基础，否则无法解释一些本质现象，
思路也不宽。
2. 要熟悉产品封装工艺，这个是失效分析的基
础，不然没法给结论。
2024/10/10
31
10/10/2024
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7.0 注意事项
失效样品有时是唯一的，十分宝贵。 在分析时应严格按程序进行。样品 的保管、运输、拆装、分解等过程 要注意ESD\EOS\机械应力\温湿度 环境不当损伤样品，造成新的失效， 从而无法找到原来失效的真正原因。
2024/10/10
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10/10/2024
8.0 操作流程&制度
参见附件1、附件2、附件4
即失效\故障\损坏\失败分析
2024/10/10
2
10/10/2024
1.0 基本概念
1.2 什么是“失效模式” ? --- 失效模式是指由失效机理所引起的可观察到的物理 或化学变化（如开路、短路或器件参数的变化）。
通俗讲就是失效的表现形式。 失效模式通常从技术角度可按失效机制、失效零件 类型、引起失效的工艺环节等分类。从质量管理和可靠性 工程角度可按产品使用过程分类。
3.2 质量管理闭环系统中的重要环节。
无论是”PDCA”循环还是”6σ”理念中”DMAIC” 管理模型，缺少失效分析就不能形成闭环系统。
2024/10/10
11
10/10/2024
根据改善 效果建立
标准
3.0 意义和价值
分析原因并提 出改善措施， 制定改善计划
存在的问 题进行失 效分析
[封装失效分析系列二]eFA：直流测试原理，I
![[封装失效分析系列二]eFA：直流测试原理，I](https://img.taocdn.com/s3/m/2e0c3829f02d2af90242a8956bec0975f565a44b.png)
[封装失效分析系列二]eFA：直流测试原理，I封装有两个主要目的，一是提供保护，即防止芯片受到外界伤害，包括外部冲击，湿气侵蚀，以及辐射等等。
二是提供芯片到基板或者组件到大板的电性连接，通常是通过Wire bond和SMT(BGA，QFN 等)来实现的。
一般封装缺陷/不良按来源可以分为两类，芯片相关和连接相关。
芯片相关一般有chip crack，chipout/chipping(崩边), delamination(分层)，surface damage，FAB不良等。
而连接相关的不良一般为Wire性(wire-to-wire short(左右/上下)/pad open/stitch open/wire touch chip/Pad crack/bond short 等)，PCB相关(via crack/ball land contamination/stitchcontamination/trace short等)，Ball性(double ball, ball missing, ball short等)。
通常封装前道的难度较大，所以缺陷或不良较多，而封装后道的难度较小，缺陷或不良相应的也比较少。
下图给出了封装缺陷或失效来源的大致比例，根据所做芯片大小，厚度，叠die层数，I/O数量，打线难度等条件变化下图比例也会有所变化。
Wafer在出厂前通常都会进行电测，标注出KGD(Known good die)。
为了节约成本，只有KGD才会进入封装流程。
而由封装过程产生的不良要如何进行筛选呢？这就要说到Test工程。
封装并贴好球的颗粒一般会经过很多步的测试，有的还会经过Burn-in-board这样的严苛测试，才会被标注为好品出厂。
这些测试通常包括，直流测试，低温测试，高温测试，交流测试等。
其中与封装关联最大的就是直流测试，因为它的测试项目都与外部连接有关。
直流测试项目一般可以分为以下几类：其中Function性失效可能与封装直接相关，即外部连接失效引起的读写错误，也可能与封装间接相关，如封装过程中发生ESD事件，导致Junction漏电引起读写错误等。
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第二单元 集成电路芯片封装可靠性知识—郭小伟（60学时）第一章、可靠性试验1．可靠性试验常用术语试验名称 英文简称 常用试验条件备注温度循环 TCT （T/C ） －65℃~150℃, dwell15min, 100cycles 试验设备采用气冷的方式，此温度设置为设备的极限温度 高压蒸煮 PCT 121℃，100RH., 2ATM,96hrs 此试验也称为高压蒸汽，英文也称为autoclave热冲击 TST （T/S ）－65℃~150℃, dwell15min, 50cycles 此试验原理与温度循环相同，但温度转换速率更快，所以比温度循环更严酷。
稳态湿热 THT85℃,85%RH.,168hrs 此试验有时是需要加偏置电压的，一般为Vcb=0.7~0.8BVcbo,此时试验为THBT 。
易焊性 solderability 235℃,2±0.5s此试验为槽焊法，试验后为10~40倍的显微镜下看管脚的上锡面积。
耐焊接热 SHT260℃,10±1s 模拟焊接过程对产品的影响。
电耐久 Burn inVce=0.7Bvceo,Ic=P/Vce,168hrs模拟产品的使用。
（条件主要针对三极管）高温反偏 HTRB 125℃,Vcb=0.7~0.8BVcbo,168hrs主要对产品的PN 结进行考核。
回流焊 IR reflowPeak temp.240℃（225℃）只针对SMD 产品进行考核，且最多只能做三次。
高温贮存 HTSL 150℃,168hrs产品的高温寿命考核。
超声波检测 SAT CSCAN,BSCAN,TSCAN检测产品的内部离层、气泡、裂缝。
但产品表面一定要平整。
2．可靠性试验条件和判断试验流程:F/T SAT1-4 1-5 F/T 1-6 1-72:T/S 3: T/C 4:PCT 5: THT 6:HSTL以客户为代表为例子:客户1：precondition TCT –55/125℃,5cycles for L1,l2,L3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –55/125℃,10min,200cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,96hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,168/500/1000hrs sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户2：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,10min,500cycles sample size: 77Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,1000hrs sample size: 77 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,1000hrs sample size:77 Ac:Re=(0,1)HAST: 130℃/85%rh,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)客户3：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 24 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168hrs sample size:24 Ac:Re=(0,1)客户4：precondition T/C N/A ，L1 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,100/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168/336hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃10SEC sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户5：QFP 做 precondition，DIP不做preconditionprecondition T/C N/A，L3 sample size：184 Ac:Re=(5,6)T/C: –65/150℃,15min,200/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168/500/1000hrs sample size:45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃5SEC sample size: 15 Ac:Re=(0,1)塑料密封等级塑料密封等级：在装配现场拆包后地面存放期标准试验条件LEVEL 1 在小于30C/85%相对湿度无期限 85C/85% 168小时LEVEL 2 在30C/60%条件下1年85C/60% 168小时LEVEL 3 在小于30C/60%条件下1周 30C/60% 192小时加速=60C/60% 40小时SAMPLE：50塑料密封等级试验步骤：1． DC和功能测试2．外观检查（在80倍以上显微镜下检查）3． SAT扫描4． BAKE 125C/24小时5．做LEVEL 相应条件的试验6．在15分钟后和4小时内做3次回流焊—注意温度曲线必须提供和符合JEDEC标准。
7．外观检查（在80倍以上显微镜下检查）--不可以有裂缝。
8． DC和功能测试—注意如果无法通过测试要验证是否和塑料密封有关部门9． ------可以做BAKE 150C/24小时，冷却2小时后做未通过产品的功能测试来验证10． SAT扫描----判断依据：A 芯片表面不可有离层B镀银脚精压区域不可有离层C产品内部不可有进水后离层图像（图形上表现该有图像却隐隐约约或同被划伤的痕迹）D引脚与引脚之间在胶体内部分，离层相连的面积不可超过胶体正面面积的10%或引脚通过离层相连的脚数不可超过引脚总数的1/5E芯片四周导电胶造成的离层不可超过胶体正面面积的10%集成电路封装在设计过程中可靠性的考虑封装所用主要材料：• 磨划片所用薄膜：型号、纯度、厚度、粘度• 引线框架：材质、厚度、防拖性、电性能、传热性、热膨胀系数、镀层材料、镀层厚度、镀层质量• 芯片粘接剂：型号、电性能、传热性、抗疲劳、热膨胀系数、装片牢度• 焊线：型号、HAZ、电性能、传热性、拉力、弧度• 塑封料：型号、热硬度、传热性、电性能、玻璃化温度、线膨胀系数、离子纯度、填料比例、吸水率、抗弯强度、粘结力、阻燃性、对应封装别水汽敏感等级• 电镀成份：SN/Pb的比例集成电路封装在设计过程中可靠性的考虑封装工艺控制要关注的方面：• 磨片进刀速度、转速、磨片厚度、去离子水电导率• 划片进刀速度、转速、切割深度、防静电措施• 装片压力、顶针、吸嘴、银浆头的选用• 球焊第一点参数、焊针的选用、温度、弧度• 塑封模具的设计如顶杆位置、脱模角度、侧面粗糙度及塑封温度、压强、速度• 后固化温度、时间• 冲塑刀片与胶体的距离• 电镀去飞边工艺、电镀电流、前处理、后处理、镀液成份• 切筋成形时产品胶体受力情况的监控（显微镜和SAT）、共面性、防静电• 对薄形产品激光打印打印深度的控制• 对薄形但面积较大胶体产品真空包装封装工艺控制要关注的方面(球焊后合理的金线拉力下限):• 集成电路封装中球焊后金线拉力最低要求，应该考虑金线在塑封时的受力情况和运输及操作时的合理振动。
金线在塑封时的受力不仅与金线的长度、直径有关，还与塑封料的粘度、塑封时的注射速度有关，并与塑封产品的几何尺寸、注胶口的形状和尺寸等诸多因素有关。
应该按照不同封装形式的产品给出球焊后金线拉力最低要求，并给出最佳的范围。
下面是我们对不同封装别（均指传统模要求）拉力的模拟计算结果（部分内容）在实际工艺标准控制中对25微米的金线拉力下限我们建议通常可以是5g集成电路封装在设计过程中可靠性的考虑封装工艺控制要关注的方面（超声SAT）：超声图片观察和判断：• 芯片表面不可有离层• 镀银脚精压区域不可有离层• 产品内部不可有进水后离层图像（图形上表现该有图像却隐隐约约或同被划伤的痕迹）• 引脚与引脚之间在胶体内部分，离层相连的面积不可超过胶体正面面积的20%或引脚通过离层相连的脚数不可超过引脚总数的1/5• 芯片四周导电胶造成的离层在做可靠性试验通过或做Bscan时未超出芯片高度的2/3不判为不合格• 判断超声图片时要以波形为准，要注意对颜色黑白异常区域的波形检查。
下面的图片均为不正常：集成电路封装常用可靠性试验对应的缺点项目第二章、失效分析1.集成电路封装失效分析的常规流程1. 接受分析请求2. 在数据库中登记3. 收集相关的信息4. 对失效的产品确认5. 对漏电流超差的产品在125度~150度的温度下烘烤2小时,再测试是否通过对功能失效的产品在125度~150度的温度下烘烤24小时,再测试是否通过6. 在80倍显微镜下检查外观7. 开短路测试,检查对应PIN是否开短路或对应内阻异常8. X-RAY,检查打线情况9. C-SAM,检查分层情况和内部气泡10. Decapsulation (开帽)or Cross-section(做对应分层区域横切面)11. 检查芯片表面、球状质量、裂缝、扫描电子显微镜（SEM）检查焊点形貌、结构、沾污、腐球后检查是否有压区凹陷12. 更多的检查方法和试验方案13. 结论和图片记录在数据库中14. 出具报告15. 存入档案2.集成电路封装失效分析的常用方法1. 立体或金相显微镜下检查形貌、结构2. 开短路测试,检查对应PIN是否开短路或对应内阻异常3. X-RAY,检查打线情况、焊点错位、碰线、塌丝、球脱、点脱4. C-SAM,检查分层情况和内部气泡5. 扫描电子显微镜（SEM）检查焊点形貌、结构6. 红外热像仪检查温度分布集成电路封装失效分析的常用方法还有• 表面形貌：• 表面轮廓仪(Surface profiler) 器件、电路板变形等• 激光轮廓仪(Laser profiler) 焊膏印刷尺寸，引脚平整度等• 扫描超声显微镜（C-SAM）· 各种行貌观测• 力学性能：• 推力/拉力(shear/pull test) 焊线、贴片、焊接力学性能等• 材料试验机(Mircotester) 材料力学性能等• 粘度计(Viscosity measurement) 焊膏、贴片胶粘度测量等• 成份分析：• 化学分析(CA) 定量分析焊料主成份；助焊剂、稀释剂中卤素含量；封装、组装用金属合金材料的主成份等。