可靠性测试及失效分析介绍

Ball Bond
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常用檢測分析工具（6）
Auto Decapsulation
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常用檢測分析工具（7）
Precision Saws
Manufacturer/Model﹕Buehler/Isomet1000 精確度﹕0.1mm
Resolution﹕0.1mm 鋸片直徑 : 7 Inch Diameter Saw﹕7 Inch 切割速度 ﹕975RPM Saw Rate ﹕975RPM
入並腐蝕的能力。
條件(步驟)：THT--85 ℃ /85%RH,bias,1000hrs HAST--130 ℃ /85%RH/2atm,bias,100hrs。
失效機理：相對高壓蒸煮，偏置電壓在潮濕的晶片表面加速了鋁線及
鍵合區的電化學腐蝕。同時，水汽帶入的雜質及塑封體內 的雜質在電應力作用下聚集在鍵合區附近和塑封體內引腳 之間而形成漏電通道。 24hrs HAST≈1000hrs THT。
失效機理是指失效的物理化學過程，如疲勞、腐蝕和 過應力等。
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常用檢測手段（1）
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常用檢測手段（2）
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常用檢測手段（3）
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常用檢測手段（4）
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常用檢測手段（4）
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常用檢測手段（5）
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常用檢測手段（6）
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常用樣品製備手段
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常用檢測分析工具（1）
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常用檢測分析工具（1）
Reliability Test Machine
Oven, Refrigerator ---- 200ºC Max, -60ºC Min
Evaluate product durability at high, low temperature
Reliability Test Machine
Thermal Cycling, Shock machine ---- -80ºC ~ 220ºC
Reliability Test Machine
Life Test (Burn-in) machine
Temperature and Humidity machine --- -20ºC ~ 100ºC, 20% ~ 98% RH
Evaluate product life with bias
Evaluate product durability at specified temperature and humidity
Optical Microscope 10-4mm/inch; ~2500X
Profile Projector 10-4mm; ~50X
Optical Microscope Camera ~63X
Three Dimension Project 10-4mm/inch ~180X
常用檢測分析工具（2）
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Grinder & Polishers
Manufacturer/Model﹕Buehler/Beta+Vector 圓盤直徑﹕8英寸 Platen Diameters﹕8inch 圓盤轉速度﹕30~600 r.p.m Platen Speeds﹕30~600 r.p.m
ESD (Electrostatic Discharge)
➢目的：此類實驗評估IC在運輸或裝配過程中，或正常操作下 可能受靜電破壞,評估IC對靜電破壞承受能力的測試實驗
➢條件：HBM:1.5KΩ,100PF/MM:200PF Zap typ: All pin to GND&Power Pin-to-Pin VDD-to-Vss
Step 2: Temp. Cycling Step 3: High Temp. Bake
IC可靠性測試項目--封裝
Precondition失效現象
Delamination
Package Crack
IC可靠性測試項目--封裝
2.溫度循環/衝擊(TCT，TST)失效現象
Metal Open
Ball Lift
➢條件：Field-Induced Charged-Device Model Discharge typ: All pin to GND
➢Sample Size:3pcs
➢設備： RCDM3
➢檢測標準：JEDEC EIA/JESD22-C101-B,Eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱDA STM5.3.1 電性測試pass
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失效分析
IC可靠性測試及失效分析介紹
1
大綱
可靠性定義 IC可靠性驗證及失效分析流程 常見IC可靠性測試項目及設備 常用IC檢測手段及失效分析工具
2
可靠性定義
可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
Design Quality
Reliability
Product Quality
Evaluate product resistance under specified thermal stress
Reliability Test Machine
Pressure Cooker ---- 30 PSI
IR- Reflow
Evaluate product durability at high pressure Evaluate soldering heat resistance through IR re-flow
Electronic Component and Module FA Lab.
Temp. & Humi. Tester
Environmental
THT TCT
Package Reliability Verify
Feature: Temp. Range:﹕ -40℃~150℃
Humi. Range: ﹕0~98%RH Resolution: 0.01℃ /0.1%RH
Temp. Profile
For: Temp. Shock Test Temp. cycling Test
Thermal Shock Tester
IC可靠性測試項目--封裝
3.高溫蒸煮(Pressure Cooker Test/Autoclave)
目的：檢驗器件抵抗水汽侵入及腐蝕的能力，不包括外部腐蝕。 條件(步驟)：121 ℃ /100%RH，205kPa（2atm），168hrs 失效機理：濕氣通過塑封體及各介面被吸入並到達晶片表面,在鍵合區
Electronic Component and Module FA Lab.
Step 6: C-SAM Check
Step 1: C-SAM Inspection
Step 5: IR Reflow
Precondition
Package Reliability Verify
Step 4: Soak
Supplier Quality
Mfg Quality
Infrastructure Quality
* Mfg = Manufacturing
电子零件可靠性验证及失效分析流程
集成电路失效分析 流程
元件失效现象记录 声学扫描 X-Ray探测
环境试验 温度湿度 冷热冲击
电性故障确认、隔离 建立可能的失效模式
IC可靠性測試項目—封裝
1.表面貼裝器件的預處理（Precondition）
目的：類比表面貼裝器件被運輸/儲存/再流焊到PCB上的過程 條件(步驟)：1. T/C (-40 ℃ ~60 ℃ ，5cycles，模擬空運)
2. Bake（125 ℃ ，24hrs，去除濕氣) 3. Moisture Soak(模擬打開防潮包裝後的儲存,條件由MSL定
电子显微镜观察
提出最终失效分析报告
项目
封装内部缺陷 分析
电性参数测试 与失效分析
高低温环境下 功能验证
可靠性测试
电子零件測試項目
功
能
仪器/设备
无损探测 集成电路封装内部缺陷分析 温湿度敏感等级验证
扫描声学显微镜
时序分析 信号完整性分析 失效分析之电性分析
板上高低温环境下之功能验证 温度特性分析
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常用檢測分析工具（3）
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常用檢測分析工具（4）
X-ray introduction
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常用檢測分析工具（5）
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SEM ( Scanning Electron Microscope )
---- Micro Vision Analysis
Output example
Multiple 0~300000
封装可靠性验证 数据检验
高温烘烤 加偏置电压
无偏置电压
电性测试 功能验证 脚对脚
元件封装开盖
抗静电等级、闩锁测试
电子 显微镜
可见的失效模式
光学观察 电子显微镜
电性针测
数据检验
能谱 分析
俄歇 分析
聚焦 穿透电 离子束 子显微镜
不可见的失效模式
微光热 点定位
液晶热 点定位
电性针测
聚焦离子束
保护层、金属层去除
Curve tracer 370B
➢功能:
通過調整可控的輸入電壓電流值, 並檢測通過元件後輸出端的電壓以及電 流值,以確定元件的電性參數.
➢用途:
測試Diode, BJT, MOSFET, JEFT等 Discrete元件的基本電性參數如:二极管 的正反向特性;双极晶体管导通和阻断特 性;MOSFET的导通和阻断特性等.
1: 85 ℃/85%RH，168hrs； 2: 85℃/60%RH，168hrs…) 4. Reflow(3cycles，模擬回流焊，條件與是否無鉛工藝/塑封大 小有關 ) 5. C-SAM
失效機理：因聚集在塑封體內各介面的水汽在表面貼裝過程中迅速膨脹
及材料的不匹配而導致介面分層或塑封體開裂，影響產品可 靠性，嚴重時可導致開路。
形成原電池而加速鋁的腐蝕。另外，水汽帶入的雜質在器 件表面形成漏電通道。
鋁墊腐蝕
IC可靠性測試項目--封裝
4.高溫高濕/高加速高溫高濕—(THT/HAST Temp. & Humidity/High Accelerated Stress Test)
目的：模擬非密封器件在高溫高濕環境下工作，檢驗塑封產品抗水汽侵
For: High Temp.& Humidity Test
without bias High Temp.& Humidity Test with
bias
Feature: Low Temp.: 0℃~-55℃ High Temp.: 60℃~150℃ Transfer Time: within 5Min.
目的：考核產品在規定條件下全工作時間內的可靠性，發現熱/電壓加速
失效機理，預估長期工作的失效率。
條件(步驟)：125 ℃ （或使結溫等於額定值），Vddmax,168hrs（消除早
期失效元件，把元件帶到隨機失效區）1000hrs （進入有用 壽命期，試驗時間長短對應有用壽命期長短）。
失效機理：高溫下晶圓表面和內部的雜質加速反應，缺陷進一步生長，
定義：對電子元器件失效原因的診斷過程叫失效分析 。進行失效分析往往需要進行電測量并採用先進的物 理、冶金及化學的分析手段。
失效分析的目的：確定失效模式和失效機理，提出糾 正措施，防止這種失效模式和失效機理的重複出現。
失效模式是指觀察到的失效現象、失效形式，如開路 、短路、參數漂移、功能失效等。
Package Reliability Verify
High Temp. Oven
Bake
With bias Without bias
Feature: Temp. Range: Ambient~300 ℃ Resolution: ± 0.3℃ air to air
For: Operation Life Test High Temp. Storage Test
使器件性能退化。可動離子聚集導致的表面溝道漏電，結特 性退化，電場加速介質擊穿，高溫加速電遷移等。 對大功率器件，可採用常溫功率負荷的方式使結溫達到額定值。檢驗 電遷移問題，採用大電流高溫加速。
Electronic Component and Module FA Lab.
Control Panel
➢Sample Size:6pcs,(HBM3pcs,MM3pcs)
➢設備： Zap Master MK2
➢檢測標準：JESD22A-114/ JESD22A-115,電性測試與I-V均pass
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ESD (Electrostatic Discharge)
➢目的：此類實驗評估IC在運輸或裝配過程中，或正常操作下 可能受靜電破壞,評估IC對靜電破壞承受能力的測試實驗
数字荧光示波器 / 逻辑分析仪 / 数字信号发生器/ 直流电源/万用表
色階比對分析軟體 精密温度控制系统
预前期处理 操作寿命测试 温湿度试验 温度循环/冲击试验
高温烤箱 恒温恒湿试验箱 温度冲击试验箱 红外加热回流焊
IC可靠性測試項目—晶圓工藝
1.高/低溫操作壽命（OLT--High/Low Temperature Operating ） Life