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IC 失效分析方法 -- Part3 非破坏性FA 实战解析

时间:2025-07-31 20:56来源:FreyaW 半导体ATE测试 作者:ictest8_edit 点击:

了解了常见的IC 失效分析方法后,我们来实战演练一下Fail IC 失效分析定位。以下为量产中出现package 失效时常见的处理步骤

Step1. ATE & EVB 复测Fail sample 确认Fail PIN 脚,并根据ballMap/ channelMap 确认FA 观测区域。

Step2. VIM(外观光学显微检查): 使用光学显微镜,从低倍到高倍, 观察芯片外部是否有 翘曲, 变形;  PAD/PIN 脚上是否有:裂纹、崩边、划痕、烧毁痕迹、异物污染

Step3.  对Fail sample 的失效PIN 脚扫 IV 曲线,使用精密源测量单元(SMU)对芯片的特定引脚(Step1/2 中定位到的Fail Pin)施加扫描电压,同时测量流过的电流,得到失效品的I-V曲线,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。

Step4. X-ray,2D X-ray(实时成像)主要检测金属互联结构(焊球/引线), 对非金属界面分层不敏感,如下图2D X-ray检测结果为OK即Pass,说明该位置无杂线,焊球完整未断裂



Step5. SAT 超声断层扫描,其主要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,其可以检测出,封装失效的主要模式--封装内部各关键界面的分层缺陷 及芯片粘接/底部填充胶中的空洞. 如下为fail sample 的C-SAT



上图C-SAM 检测给出了标记的Fail Die 5个坐标下的TOF(飞行时间)和峰值电压(PV) ,具体仪器设置可Summary 如下:

o 探头频率:30.00 MHz(高分辨率,适用于芯片级缺陷检测)

o 焦距:0.521英寸(约13.23mm,适合封装内部成像)

o 能量模式:High(增强穿透力)

o 极性:ON(优化界面反射信号)

o 分辨率:1168×1168像素(像素尺寸30μm,可检测≥60μm缺陷)

o 模式:Amplitude(振幅成像,突出界面分层/空洞)

C-SAM 对4个点的测试结果可Summary 如下:

坐标 TOF (μs) PV值 物理意义
(823, 804) 15.269 -128 (-100%) 完全分层(空气界面,信号全反射)
(625, 1030) 15.389 -127 (-100%) 完全分层(同上)
(970, 805) 15.319 -97 (-76%) 部分分层/弱粘接(信号部分反射)
(973, 1031) 15.449 -86 (-68%) 轻微界面分离(粘接不良)

坐标4 (15.269 μsec)≈ Desired TOF,说明坐标4位于预期检测的目标界面深度,其他点深度略有差。

坐标3 (15.319 μsec) 和坐标1 (15.389 μsec) 接近但略高于 Desired TOF。坐标2 (15.449 μsec) 显著高于 Desired TOF。

Amplitude:在幅度成像模式下,低幅度(负值,报告中表现为暗点)通常表示超声波在该位置发生了强烈的反射或散射
坐标1,4,3,2都出现了负幅度值,说明这些地方可能有分层,空洞,Crack,或者异物。

结合TOF和 Amplitude 数据坐标1&4可能出现了大面积的空气分层,坐标3&2可能出现了Crack或者空洞。

且这四个点坐标比较分散,说明是封装本身出现了较严重的可靠性问题

TOF与PV的关联解析
TOF偏差:所有点的TOF均高于Home TOF(15.879us) 但坐标4 (823,804) 精确匹配Desired TOF(15.268us)表明该位置存在设计预期的界面(如芯片表面/底座)
PV=-128/-127:表示信号100%反射(典型空气层特征),确认分层缺陷
PV>-100:如-97/-86,表明界面存在材料接触但粘接强度不足


失效机制推断:


坐标4(823,804) 和 坐标1(625,1030):严重分层 → 可能位于芯片与基板粘接层塑封料与芯片界面

坐标3(970,805) 和 坐标2(973,1031):部分分层 → 可能为焊球裂纹底部填充胶空洞 

成因假设


工艺问题:回流焊温度曲线异常、环氧树脂固化不足

材料应力CTE不匹配导致热循环后界面剥离

污染:界面氧化或杂质(如助焊剂残留)
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