 芯片失效分析是一个系统性工程，通常包括以下全流程步骤： 1. 前期信息收集与失效现象确认 · 失效背景调查：收集芯片型号、应用场景、失效模式（如短路、漏电、功能异常等）、失效比例、使用环境（温度、湿度、电压）等信息，确认失效是否可复现，区分设计缺陷、制程问题或应用不当（如过压、ESD）。 · 电性能验证：使用自动测试设备（ATE）或探针台（probe station）复现失效，记录关键参数（如I-V曲线、漏电流、阈值电压偏移），对比良品与失效芯片的电特性差异，缩小失效区域。 2非破坏性检测（NDA） · X射线检测（X-ray imaging）：2D X-ray检查封装内部引线键合、焊球连接、分层等缺陷；3D X射线断层扫描（CT）三维重建芯片内部结构，识别微裂纹、空洞。 · 红外热成像（thermal imaging）：通电后扫描芯片表面温度分布，定位异常发热点（如短路区域）。 · 声学显微镜（SAM）：利用超声波检测封装内部脱层、裂纹等界面缺陷（对塑封器件尤其有效）。 3.破坏性物理分析（DPA） · 开封（decapsulation）：化学开封使用酸液（如发烟硝酸）溶解环氧树脂封装，暴露芯片表面；激光开封对高密度封装（如flip-chip）进行局部精准去除。 · 剖面制备（cross-section）：使用聚焦离子束（FIB）或机械研磨切割芯片，制备特定区域的横截面，通过扫描电镜（SEM）观察剖面，检测金属层断裂、通孔空洞、栅氧击穿等。 · 材料成分分析：能量色散谱（EDS）分析失效点元素成分，识别污染（如Cl离子导致腐蚀）；二次离子质谱（SIMS）检测痕量杂质（如Na迁移导致漏电）。 4.电路层级失效定位 · 光子发射显微镜（EMMI）：检测失效区域在通电时的微弱光子发射，定位漏电或短路的精确位置。 · 激光诱导电压变化（OBIRCH）：激光扫描芯片表面，监测电阻变化，定位高阻抗或断路点。 · 电子束探伤（EBT）：利用电子束激发芯片内部电势变化，分析电路节点异常。 5.综合诊断与根因分析 · 数据关联：整合电学测试、物理分析、材料表征结果，验证失效机理一致性（如电迁移导致电阻升高，SEM确认金属线变细）。 · 失效机理模型：根据现象构建失效模型，如热载流子注入（HCI）、电化学迁移（ECM）等。 · 改进建议：针对性提出设计优化（如增加ESD保护电路）、工艺改进（如优化金属沉积温度）或应用条件调整（如降低工作电压）。 整个流程需严格遵循“先非破坏后破坏”的原则，避免关键信息丢失，并通过多技术联合验证确保结果准确性。 |
