“ic失效分析-ic失效分析是干什么的-ic失效分析的6个流程详解

2025-08-21 16:54:09
作者: 四维检测
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IC失效分析全指南:从目的到六大流程详解 ?

一、IC失效分析是干什么的?

IC失效分析(Failure Analysis, FA) 是通过电测试、物理分析及材料表征等手段,定位集成电路(IC)的失效模式(如短路、开路、功能异常),并揭示其失效机理(如设计缺陷、制造工艺问题或应用不当)的技术过程。其核心目标包括:

  • 确定失效原因:明确IC为何失效,是设计漏洞、工艺瑕疵还是外部应力导致。
  • 提供改进依据:为设计优化(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)提供数据支持。
  • 预防未来失效:通过根因分析,构建失效机理模型(如热载流子注入、电化学迁移),避免同类问题重复发生。

二、IC失效分析的六大流程详解 ?️

1. 失效验证与描述

  • 步骤
    • 确认失效现象:通过功能测试、参数测量(如I-V曲线、漏电流)复现失效,记录具体模式(如无输出、参数漂移)。
    • 收集背景信息:包括芯片型号、应用场景(如汽车电子、消费电子)、失效比例、使用环境(温度、湿度、电压)等。
  • 案例:某电源管理芯片在高温下漏电流异常升高,通过电测试锁定为LDO模块失效。

2. 非破坏性检测(NDA)

  • 目标:初步定位问题,避免破坏性操作干扰后续分析。
  • 关键方法
    • X射线成像(2D/3D CT):检测封装内部引线键合、焊球连接、分层等缺陷(如焊点空洞)。
    • 红外热成像:识别芯片表面异常发热点,指示短路或过电流区域。
    • 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)。
  • 案例:通过X-ray CT发现某IC封装内部焊球存在微裂纹,高温下热应力加剧导致断开。

3. 破坏性物理分析(DPA)

  • 目标:深入芯片内部,观察微观结构缺陷。
  • 关键步骤
    • 开封(Decapsulation):化学(酸液)或激光去除封装,暴露芯片表面(如Die、金线、焊盘)。
    • 剖面制备(Cross-Section):使用聚焦离子束(FIB)或机械研磨切割芯片,制备横截面样本。
    • SEM与EDS分析:扫描电镜观察微观结构(如金属线断裂、栅氧击穿),能谱仪分析材料成分(如污染元素检测)。
  • 案例:通过FIB/SEM剖面确认某IC金属线因电迁移导致变细,最终引发断路。

4. 电路层级失效定位

  • 目标:在晶体管或电路节点级别定位故障。
  • 关键方法
    • 光子发射显微镜(EMMI):检测失效区域通电时的微弱光子发射,定位漏电或短路位置。
    • 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。
  • 案例:通过OBIRCH定位某IC金属布线中的空洞,导致电阻异常升高。

5. 材料成分分析

  • 目标:识别失效点材料异常(如污染、腐蚀)。
  • 关键方法
    • 能量色散谱(EDS):分析失效点元素成分,如氯离子导致腐蚀、硫元素污染焊点。
    • 二次离子质谱(SIMS):检测痕量杂质(如钠离子迁移引发漏电)。
  • 案例:EDS分析发现某IC焊球界面存在硫污染,导致高温下焊点腐蚀失效。

6. 综合诊断与根因分析

  • 步骤
    • 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(如电迁移导致金属线变细,SEM确认断裂)。
    • 构建失效模型:例如,热载流子注入(HCI)导致栅氧损伤、阈值电压漂移。
    • 提出改进建议:针对性优化设计(如增加ESD保护电路)、工艺(如优化封装材料)或应用条件(如降低工作电压)。
  • 案例:某电源IC因热插入事件导致输入电压尖峰,通过增加RC抑制电路解决EOS问题。

三、总结与行动建议

IC失效分析是确保芯片可靠性的“诊断师”,通过六大流程系统定位失效根源,为产品优化提供科学依据。无论是研发阶段的调试,还是量产后的质量管控,失效分析都是不可或缺的环节。


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