晶圆封装失效分析项目
BGA失效分析报告
随着电子设备向高集成度、高可靠性 方向发展，BGA封装广泛应用于各类 电子产品中。然而，BGA失效问题逐 渐凸显，对产品性能和可靠性产生严 重影响。
BGA封装介绍
01
BGA封装特点
高密度、低电感、低热阻、易于 实现高速信号传输等。
02
BGA封装工艺流程
03
BGA失效类型
芯片粘接、引脚焊接、塑封固化 等。
01
03
一款笔记本电脑在使用过程中频繁出现蓝屏和死机现 象，拆解后发现芯片与BGA基板间的粘接材料老化，
芯片脱落导致电路故障。
04
一款平板电脑在使用过程中突然发生屏幕破裂，经检 查发现BGA封装体存在制造缺陷，无法承受机械冲击 。
失效影响分析
性能下降
BGA失效会导致电路性能下降，引发 各种故障现象，如死机、重启、数据 丢失等。
可靠性。
04 BGA失效预防和改进措施
优化封装设计
优化封装设计是预防BGA失效的重要 措施之一。
通过改进BGA的封装设计，可以减少 潜在的缺陷和问题，提高其可靠性和 稳定性。这包括优化焊球间距、改进 焊球材料和减小焊球直径等措施。
提升制造工艺水平
提升制造工艺水平是降低BGA失效风险的关键。
通过采用先进的制造技术和设备，提高BGA的制造精度和一致性，可以显著降低制造过程中可能出现的缺陷和问题。这包括 采用高精度的焊接设备、优化焊接工艺参数和加强过程控制等措施。
BGA失效进行分析和预测，为预防性维护提供支持。
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安全风险
对于关键性电子设备，BGA失效可能 引发严重安全问题，如设备损坏、数 据泄露或人身伤害等。
生产成本
晶圆级封装: 热机械失效模式和挑战及整改建议
晶圆级封装: 热机械失效模式和挑战及整改建议2022/4/23WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging，晶圆级封装)的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。
晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。
本文旨在于介绍这种新封装技术的特异性，探讨最常见的热机械失效问题，并提出相应的控制方案和改进方法。
晶圆级封装技术虽然有优势，但是存在特殊的热机械失效问题。
很多实验研究发现，钝化层或底层破裂、湿气渗透和/或裸片边缘离层是晶圆级封装常见的热机械失效模式。
此外，裸片边缘是一个特别敏感的区域，我们必须给予更多的关注。
事实上，扇入型封装裸片是暴露于空气中的（裸片周围没有模压复合物覆盖），容易被化学物质污染或发生破裂现象。
所涉及的原因很多，例如晶圆切割工序未经优化，密封环结构缺陷(密封环是指裸片四周的金属花纹，起到机械和化学防护作用)。
此外，由于焊球非常靠近钝化层，焊球工序与线路后端栈可能会相互影响。
本文采用FEM(Finite Element Method，有限元法)方法分析应力，重点放在扇入型封装上。
我们给出了典型的应力区域。
为降低机械失效的风险，我们还简要介绍了晶圆级封装的特异性。
在描述完机械失效后，我们还对裸片和钝化边缘进行了全面的分析。
分析结果显示，钝化边缘产生最大应力，这对沉积策略(直接或锥体沉积方法)和边缘位置提出了要求。
此外，研究结果还显示，必须降低残余应力，并提高BEoL(线路后端)的钝化层厚度。
1. 前言和背景晶圆级封装的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。
晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。
双层电介质、RDL(ReDistribution Layer, 重新布线层)、UBM (可焊接薄层，用于焊球底部金属化)和焊球都位于标准BEoL栈之上。
因此，这些层级扩展了传统晶片制程(多层沉积薄膜配合光刻工艺)范围。
VDMOS芯片IGSS失效分析方法
VDMOS芯片 IGSS失效分析方法摘要:IGSS作为衡量VDMOS芯片的一个重要参数，通常在Fab厂晶圆生产阶段会严重影响晶圆良率，根据管芯尺寸大小的不同，会直接影响1-5%甚至更多的良率，同时IGSS也是一个比较难解决的问题，直接影响Fab厂及下游客户的经济效益。
那么本文从晶圆级VDMOS芯片的IGSS漏电失效分析入手，用一种经济有效的方法从发现问题到最终确定问题进行全面描述。
以供同行业工作人员参考。
关键词：VDMOS；IGSS；液晶热点定位；化学腐蚀引言：功率器件VDMOS（vertical double diffused MOS）即垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管。
从结构上来说，VDMOS是由成千上万个元胞（cell）组成，而每个元胞之间又相互互连。
换句话说就是单颗芯片中任何一个元胞出现问题均会引起芯片不同程度的漏电，且随着芯片制造工艺的不断提高，元胞数量也越来越多，所以在IGSS漏电问题的失效分析中，漏电点定位即显得尤为重要。
本文通过经济简便的失效分析手段，对IGSS漏电芯片进行分析，最终确定漏电的原因，为提高晶圆良率提供了有力的帮助。
1.VDMOS中IGSS参数介绍：在VDMOS芯片中IGSS是衡量芯片性能的一项重要参数，它直接影响着器件工作功耗，降低器件使用寿命，严重时可直接使器件烧毁功能不正常，在晶圆测试阶段通常把IGSS规范设置为＜100（nA），在晶圆生产中虽说IGSS失效比较常见，但降低IGSS的失效率是每个Fab厂共同的目标。
IGSS测试电路图如图3所示，源漏（DS）短接，栅源（GS）之间加设定偏置电压，测量栅源（GS）之间电流即为IGSS漏电流。
图3测试电路图1.应用案例分析：某型号芯片在CP测试阶段发现产品良率降低，根据I-V测试发现栅源短路，如图4所示，给失效芯片栅极加1V电压即发生严重漏电，怀疑为芯片结构异常，在显微镜下寻找多次未找到异常点，故采用液晶热点漏电定位法图电压4 IGSS漏电I-V曲线图图5 IGSS正常I-V曲线图液晶热点漏电定位法是一种经济、有效的失效定位方法，通常需要用到的工具：液晶、探针台、直流电源、配备高清摄像头的偏振显微镜。
半导体器件可靠性与失效分析微电子
半导体器件可靠性与失效分析微电子
1.功能失效：指器件不能按照设计要求正常工作，如逻辑门无法实现
正确的逻辑功能。
2.电气失效：指器件发生电气故障，如短路、开路、漏电等。
3.热失效：由于器件内部寄生电阻、封装散热不良等原因，导致器件
温度升高，超过其承受范围，从而导致失效。
4.机械失效：指器件由于外力作用或压力过大等原因，发生物理损坏，如断裂、划伤等。
5.等离子体效应：在高电压或高频环境下，会产生等离子体，从而对
半导体器件产生有害影响。
为提高半导体器件的可靠性，需要进行失效分析，以了解器件失效的
原因
1.失效模式分析：对不同类型的失效进行分类和描述，以便查找相应
的失效原因。
2.加速寿命测试：通过在高温、高电压、高湿度等恶劣条件下进行长
时间测试，模拟器件在实际使用中的环境，加速失效过程，以便提前发现
问题。
3.失效分析方法：包括光学显微镜、电子显微镜、故障定位分析、X
射线衍射等多种方法，用于观察器件失效的具体细节，并找出失效的原因。
4.剖析和分析失效原因：通过对失效器件的分析和试验，找出失效的
原因和机理，如晶体缺陷、金属线断裂等。
5.提高设计和工艺：根据失效分析结果，改进器件的设计和工艺，以
提高器件的可靠性。
总之，半导体器件可靠性与失效分析在微电子领域中具有重要的意义，它不仅能提高半导体器件的可靠性，还能为微电子系统的设计和制造提供
理论指导和实践经验。
随着技术的进一步发展，可靠性和失效分析将继续
成为微电子行业的研究热点。
封装可靠性失效原因及其改善方案阐述
封装可靠性失效原因及其改善方案阐述长电科技（滁州）有限公司安徽省滁州市 239000 摘要：可靠性是产品质量的一个重要指标，就是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定的功能的能力。
确切的讲，一个产品的使用寿命越接近设计寿命，代表可靠性越好。
1、产品的可靠性与规定的条件密切相关。
如产品使用的环境条件、负荷大小、使用方法等。
一般，温度越高、额定负载越大，产品的可靠性就越低。
2、产品的可靠性与规定的时间也有关系。
例如，一般大型桥梁、道路的设计寿命为50～100年。
3、产品的可靠性还与规定的功能有密切的关系。
例如，一个普通的晶体管有反向漏电流、放大倍数、反向击穿电压、特征频率等多项功能。
芯片封装质量直接影响整个器件和组件的性能,随着混合集成电路向着高性能、高密度以及小型化、低成本的方向发展，对芯片的封装技术和可靠性提出了更高的要求。
本文主要阐述了几种可靠性项目及其失效的机理以及封装导致的原因，以便封装生产中规避此类异常发生。
关键字可靠性；质量；可靠性项目；失效机理；封装导致的原因。
背景描述：电子器件是一个非常复杂的系统，其封装过程的缺陷和失效也是非常复杂的。
因此，研究封装缺陷和失效需要对封装过程有一个系统性的了解，这样才能从多个角度去分析缺陷产生的原因。
封装的失效机理可以分为两类：过应力和磨损。
过应力失效往往是瞬时的、灾难性的；磨损失效是长期的累积损坏，往往首先表示为性能退化，接着才是器件失效。
失效的负载类型又可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载等。
影响封装缺陷和失效的因素是多种多样的，材料成分和属性、封装设计、环境条件和工艺参数等都会有所影响。
封装缺陷主要包括引线变形、底座偏移、翘曲、芯片破裂、分层、空洞、不均匀封装、毛边、外来颗粒和不完全固化等。
随着应用的要求越来越高，对产品封装可靠性要求也越来越高。
我们要识别一些可靠性项目考核目的、失效机理以及可能导致的原因，以便在前期FMEA中定义，从设计、生产角度来提升质量。
晶圆测试中常见不良分析
如 ，缺 陷个 数 、缺 陷密度 、芯片 面 积等 ），就 能 够得 到 估算 良率 。其 中 当芯 片面 积 小 于 ０．２５ｃｍ 时 ，泊 松 （Ｐｏｉｓｓｏｎ）模 型 既 简单 又 准 确 １２］，因此 被 广泛 使 用来 预 测芯 片 良率 ：
Ｙｉｅｌｄ＝Ｍ ：Ｉ：ｅ一（Ｄｏ：ｌ：Ａ ） 其 中 ，Ｍ 为 常数 ，Ａ是 芯 片 面 积 ，Ｄ。是 工 艺 复 杂
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系数 。 我们可 以将 实际测试 良率和这个根据 Ｄ（）预测
效 率 达 到 ８．２１％，在 ｍａｐ上 呈 现 边 缘 分布 。经 过 工 必要需 要 更改 电路 设 计 ，增 强 设计 的精 确 度 。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗ ａｆｅｒ ｔｅｓｔ
Ｗ ＡＮＧ Ｘｉｕ－ｑｕａｎ
（ＮＸＰ（Ｃｈｉｎａ）Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｗａｆｅｒ ｐｒｏｂｉｎｇ ｔｅｓｔ ｉｓ ｔｏ ａｓｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｈｉｐｓ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎ ｄ ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｉｍ— ｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｅａｒｌｙ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｍａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｙｉｅｌｄ ａｎ ｄ ＣＰＫ．Ｉｔ ｓｔａｒｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｄｏ ｙｉｅｌｄ ｍ ｏｄｅｌ ａｎｄ ＣｐＫ ｃｏｎｃｅｐｔ，ａｎａｌ ｙｚｅｄ ｍ ａｎｙ ｒｅａｌ ｃａｓｅｓ ａｎｄ ｃｌａｒｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｙｉｅｌｄ ｉｓｓｕｅｓ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｐｒａｃ— ｔｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ＣＰＫ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．ｓｕｃｈ ａｓ，ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ＳＰＩＣＥ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｌｉｎｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｖｏｉｄｅｄ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ， ＡＴＥ ｈａ ｒｄｗａ ｒｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｏｎｅ ｒｅｇｕｌａ ｒｌｙ， ａ ｎ ｄ Ｒ＆Ｒ ａｎａ ｌｙｓｉｓ ｆ ｏｒ ｍｕｈｉｓｉｔｅ ｔｅｓｔｅｒｓ ｉｓ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄ— ｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｆ ｏｒ ｔｈｏｓｅ ｗｈｏ ｅｎｇａｇｅｄ ｉｎ ＩＣ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａ ｎ ｄ ｑｕａ ｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＩＣ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｗ ａｆｅｒ ｐｒｏｂｉｎｇ ｔｅｓｔ；Ｙｉｅｌｄ；ＣｐＫ
晶圆来料检验报告
晶圆来料检验报告1. 背景晶圆是半导体工业中的关键材料，主要用于制造集成电路。
晶圆来料检验是一项重要的质量控制措施，旨在确保所使用的晶圆符合质量要求，以减少制造过程中的缺陷和故障率。
本报告对晶圆来料进行全面分析和检测，并提供相应的结果和建议，以帮助您评估所收到的晶圆是否符合预期质量标准。
2. 分析2.1 检验项目我们对晶圆进行了以下检验项目：1.外观检查：包括表面平整度、颜色、划痕、污染等。
2.尺寸测量：测量晶圆直径、厚度等尺寸参数。
3.表面缺陷检测：使用显微镜或光学仪器对晶圆表面进行检查，包括裂纹、气泡、杂质等缺陷。
4.结构分析：通过扫描电子显微镜（SEM）等设备对晶圆内部结构进行分析，以确定是否存在结构性缺陷。
2.2 检验方法我们采用了标准的晶圆来料检验方法，包括：1.外观检查：使用目视检查和显微镜检查晶圆外观。
2.尺寸测量：使用专业的测量仪器对晶圆尺寸进行测量。
3.表面缺陷检测：使用高分辨率显微镜或光学仪器对晶圆表面进行检查。
4.结构分析：使用扫描电子显微镜（SEM）等设备对晶圆内部结构进行分析。
2.3 检验结果根据我们的检验，以下是针对不同项目的结果：1.外观检查：晶圆外观平整度良好，无明显划痕或污染现象。
2.尺寸测量：晶圆直径为X mm，厚度为Y mm，与预期尺寸相符合。
3.表面缺陷检测：经过仔细检查，未发现任何裂纹、气泡或杂质等表面缺陷。
4.结构分析：通过扫描电子显微镜（SEM）观察，未发现任何结构性缺陷。
3. 建议基于我们的检验结果，我们向您提供以下建议：1.晶圆的外观、尺寸和表面缺陷均符合预期质量标准，可以继续使用。
2.建议在后续生产过程中继续进行质量控制措施，以确保晶圆在制造过程中不受损害。
3.如有需要，可以对晶圆进行更详细的结构分析，以确保内部结构无缺陷。
结论本报告对晶圆来料进行了全面的检验和分析，并提供了相应的结果和建议。
根据我们的检验结果，晶圆符合预期质量标准，并且可以安全使用。
封装可靠性及失效分析(共66张PPT)
封装可靠性及失效分析
1.1芯片键合
失效机理
扩散 化学失效 热失配和热疲劳
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
• 焊点界面的金属间化合物
• 老化时间对接头强度的影响 ACF键合的剥离强度失效
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 焊点界面的金属间化合物 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 由热失配导致的倒装失效 老化时间对接头强度的影响 热膨胀系数不匹配导致的Whisker 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响 扩散引起的失效-电位移 老化时间对接头强度的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 桥连过程的结果-能量变化 钎料合金的力学性能对寿命的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响
• 电位移引起的失效评估-防治措施
• 电位移导致的晶须短路
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理
引线桥连缺陷
• 桥连发生的过程
• 桥连发生的过程解析
• 桥连过程的结果-能量变化
• 焊盘宽度的设计准则
• 墓碑缺陷
• 热膨胀系数不匹配导致的Whisker
钎料合金的力学性能对寿命的影响 老化时间对接头强度的影响 封装可靠性及失效分析 钎料合金的力学性能对寿命的影响 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 由热失配导致的倒装失效 影响芯片键合热疲劳寿命的因素 老化时间对接头强度的影响 1芯片键合 1芯片键合 ACF键合的剥离强度失效 焊点界面的金属间化合物 1芯片键合 桥连过程的结果-能量变化 桥连过程的结果-能量变化 ACF键合的剥离强度失效 疲劳寿命与应力和应变的关系 焊点形状对疲劳寿命的影响 疲劳寿命与应力和应变的关系 扩散引起的失效-电位移
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失效分析项目
项目参考标准检测目的
光学显微镜检测
观察样品外观，表面形状、芯片裂缝、沾污、划伤、
氧化层缺陷及金属层腐蚀等，测量尺寸及观察功能。
X-RAY检测观察焊线，装片，空洞等
*超声波扫描显微镜
检测
JEDEC J-STD-035-1999 用来检测界面分层，塑封体的空洞、芯片裂缝等JUNO测试机检测
二、三极管；数字晶体管；稳压管等半导体器件的电
性测试
*半导体特性图示仪
检测GB/T 13973-2012
确认失效模式和失效管脚定位，识别部分失效机理，
与失效管与与同批次好品曲线有任何差异需要引起
注意。
封装级定位（TDR）检测TDR是通过测量反射波的电压幅度,从而计算出阻抗的变化; 同时,只要测量出反射点到发射点的时间值,就可计算出传输路径中阻抗变化点的位置。
主要用来失效点定位、阻抗测量、OS测试等等。
封装开封检测
LASER开封：用来减薄塑封体的厚度、保留管脚
手工开封：用湿法开帽暴露内部芯片、内引线和压区芯片探针台检测探针测试芯片，观察芯片的电参数或特性曲线
封装弹坑测试去除焊线及压区金属层，观察压区情况
封装截面分析检测-离子研磨系统对样品截取适当的观察面观察焊点结合情况，分层，void等
扫描式电子显微镜检测JY-T 010-1996
观察芯片表面金属引线的短路、开路、电迁移、氧化
层的针孔和受腐蚀的情况，还可用来观察硅片的层
错、位错及作为图形线条的尺寸测量等。
EDX确认样品表面成分。
芯片去层（RIE）检测主要用于解决芯片多层结构下层的可观察性和可测试性。