 IC失效分析(FA)的核心目标是：找出封装内部结构或材料存在的缺陷、退化或失效点，并分析其根本原因，以改进设计、工艺或材料。常见的FA检测模式可分为两种：非破坏性FA和破坏性FA。其中，非破坏性FA是起点： 其能快速、无损地定位失效区域或筛选失效模式（外观、电性、内部结构、界面分层）。非破坏性FA,常用组合为：外观(VIM) -> 电性(VI/IV) -> 结构(X-ray) -> 界面(SAT)。非破坏性失效分析(非破坏性FA)非破坏性FA的最大优势是不破坏样品，可以在后续进行其他分析（包括破坏性分析），通常用于初步排查、定位失效区域或进行批量筛选。常见的非破坏性FA 按Cost 由低到高 list 如下：  1. VIM (Visual Inspection Microscopy - 外观光学显微镜检查) · 检测模式：使用光学显微镜（从低倍到高倍，甚至到共聚焦显微镜）直接观察封装体的外观 · 典型应用场景：OSAT来料检验（IQC）、生产过程中的外观检查、芯片可靠性试验后的初步失效筛选（如确认是否有外部开裂）、芯片返修后检查等。 · 观察内容： o 芯片外部损伤：裂纹、崩边、划痕、烧毁痕迹、异物污染 o 芯片丝印，2D code等标记完整性：丝印、激光标记是否清晰、正确 o 芯片引脚/焊球状态：变形、氧化、污染、共面性 o 封装体变形：翘曲、气泡（有时可见） · 检测结果读取： o VIM 图像内容读取：获取样品表面的高分辨率光学图像 o VIM 缺陷标注: 可在图像上直接标注观察到的所有外部异常点 o VIM 尺寸测量: 可测量裂纹长度、缺陷大小、引脚间距等 2. IV (Current-Voltage Characterization - 电流-电压特性测试) · 检测模式：使用精密源测量单元（SMU）对芯片的特定引脚、电源域、内部节点（如果可访问）或单个器件施加扫描电压，同时测量流过的电流，得到I-V曲线 · 典型应用：确认IC具体失效模式（开/短/漏电）、评估器件或接口的电性能退化程度、验证修复效果。是电性失效分析的基础 · 观察内容： o 开路（Open）：电流为0或极小 o 短路（Short）：电流过大，接近电源限制 o 漏电（Leakage）：在不应导通的电压下存在异常电流 o 器件特性异常：如二极管反向击穿电压变化、晶体管阈值电压漂移、跨导降低等 · 结果读取： o I-V曲线图： 绘制电流随电压变化的曲线 o 关键参数：提取开路电压、短路电流、漏电流值、击穿电压、导通电阻等参数 o 与Golden/良品对比：将失效样品的I-V曲线与已知良品或规格书对比，识别异常 3. VI/CI (Voltage/Current Imaging - 电压/电流成像) · 检测模式： 通常指 Emission Microscopy (EMMI) 或 Thermography (红外热成像)。在芯片加电工作状态下进行检测 o EMMI (Emission Microscopy - 光子发射显微技术)： 使用高灵敏度相机（如InGaAs, MCT）检测芯片工作时失效点（如漏电结、栅氧击穿点、闩锁、静电放电损伤点）因载流子复合或热载流子效应产生的微弱光子发射 o OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change - 激光束诱发电阻变化)： 用激光扫描芯片表面，同时监测电源电流变化。当激光照射到电阻异常区域（如金属短路/开路、硅缺陷）时，会引起局部温升和电阻变化，导致电流变化，从而定位缺陷 o Thermography (红外热成像)： 使用红外热像仪检测芯片工作时的表面温度分布。失效点（如短路、过载）通常会产生异常热点 · 典型应用：定位芯片内部（DieLevel）的电性失效点，如漏电路径、短路、开路、栅氧缺陷、闩锁、ESD损伤。是电路级失效定位的关键第一步 · · 结果读取： o 叠加图像： 将检测到的光子发射点（EMMI）、电流变化点（OBIRCH）或热点（Thermography）的位置信息叠加到芯片的光学图像或Layout图上 o 热点图： 红外热成像直接生成温度分布的热点图 o 坐标定位： 精确给出失效点在芯片上的物理坐标（X, Y位置） 4. X-ray (X射线透视检查) · 检测模式：利用不同材料对X射线吸收率不同的原理进行透视成像。有2D X-ray（实时成像）和更高端的3D X-ray/CT（计算机断层扫描，可重建三维结构） · 典型应用：检查封装内部互连结构（键合线、焊球/凸点）的完整性、芯片粘接质量、内部异物检测。是封装级结构分析最常用的非破坏性手段 · · 观察内容： o 引线键合： 位置、弧度、断线、塌线、短路（相邻线接触） o 焊球/凸点（BGA/CSP）：存在性、位置偏移、桥连、空洞大小和分布、裂纹 o 芯片粘接： 空洞（Die Attach Voids） o 内部导线： 断裂、变形 o 封装结构： 分层（有时在2D上不易直接看出，3D CT更好）、异物 · 结果读取： o 2D/3D灰度图像：高密度材料（如金属）吸收X射线多，显示为亮色（如焊球、引线）；低密度材料（如塑料、空气）吸收少，显示为暗色（如空洞） o 尺寸测量： 测量空洞面积/体积百分比、焊球直径/间距、线弧高度/长度 o 缺陷识别： 通过图像对比和分析识别断线、桥连、空洞、偏移等缺陷 5. SAT (Scanning Acoustic Tomography - 超声断层扫描) / C-SAM (C-mode Scanning Acoustic Microscopy - C模式声学显微镜扫描) · 检测模式：利用高频超声波在材料界面反射的特性。探头发射超声波并接收回波，通过扫描样品表面，获取不同深度界面的反射信号强度图像。 · 典型应用：检测封装内部各关键界面的分层缺陷（此为封装失效的主要模式之一）和芯片粘接/底部填充胶中的空洞。对水汽、温度循环等引起的分层非常敏感。是封装界 面完整性评估的金标准 · 观察内容：要针对芯片内部分层（Delamination）和空洞（Void） o 分层：发生在不同材料界面（如芯片/环氧树脂、环氧树脂/基板、基板/焊球、塑封料/芯片/引脚等）。分层处超声波反射强（显示为亮白色） o 空洞： 在粘接层（Die Attach, Underfill）或塑封料内部的气泡。空洞处超声波反射强（显示为亮白色） o 裂纹： 如果裂纹方向合适且充满空气，也可能被检出（亮线） · 结果读取： o 声学扫描图像： 以灰度或伪彩色图像显示不同深度截面的反射强度 o 界面分层图： 芯片特定深度聚焦在某一界面上，清晰显示该界面的分层区域（亮区）和良好粘接区域（暗区） o 空洞分布图： 聚焦在粘接层内部，显示空洞的位置和大小 o 分层/空洞面积百分比： 软件可计算缺陷占界面面积的比例 理解FA方法的原理、应用场景和结果解读方式，对于有效诊断封装失效、提升产品可靠性至关重要~ |
