封装可靠性及失效分析
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
芯片封装中的失效机理与故障分析研究
芯片封装中的失效机理与故障分析研究芯片封装是集成电路制造过程中至关重要的一步，它将芯片保护起来，并与外部环境进行连接。
然而，封装过程中可能会出现各种失效和故障，这对芯片的性能和可靠性产生了负面影响。
为了提高芯片的可靠性和稳定性，科学家和工程师们一直在研究芯片封装中的失效机理和故障分析方法。
芯片封装失效机理主要包括三个方面：热失效、机械失效和化学失效。
其中，热失效是最常见的问题之一。
当芯片工作时，产生的热量会使芯片封装材料膨胀和收缩，这可能导致封装材料与芯片之间的粘合层剪切、脱离或者开裂。
此外，温度变化也会导致封装材料的劣化，使其电绝缘性能下降，从而引发故障。
机械失效主要是由于外部力导致封装材料的物理损坏。
芯片封装材料通常是脆性材料，如塑料、陶瓷等，容易在受力下发生裂纹和断裂。
例如，当芯片受到机械冲击或振动时，封装材料可能会剪切、断裂或者产生疲劳裂纹，从而导致芯片失效。
化学失效是由于封装材料与外部环境中的化学物质发生反应而导致的。
化学物质可以是氧气、湿气、有机物等。
当芯片封装材料与这些化学物质接触时，可能会发生氧化、腐蚀、电化学反应等，进而引发芯片故障。
为了解决封装失效问题，故障分析是至关重要的环节。
故障分析旨在确定芯片失效的原因，从而采取相应措施进行修复或预防。
故障分析通常包括以下几个步骤：首先，需要收集失效芯片的相关信息。
这包括失效芯片的型号、使用条件、失效模式等。
通过分析这些信息，可以初步确定芯片失效的可能原因。
其次，进行物理分析。
物理分析是指通过观察芯片失效的外观、形态和结构，来确定失效的机理。
例如，通过显微镜观察失效芯片的微观形貌，可以确定是否存在裂纹、剥离等现象。
此外，还可以使用X射线、电子束等技术进行进一步的材料分析，以确定材料的性质和存在的异常问题。
接下来，进行电学分析。
电学分析是指通过测量失效芯片的电性能参数，来判断芯片的电路结构是否正常。
例如，使用万用表、示波器等设备对芯片进行电流、电压、功率等参数的测量，以了解失效芯片的电路状态。
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。
芯片封装基本流程及失效分析处理方法
芯片封装基本流程及失效分析处理方法一、芯片封装芯片封装的目的在于对芯片进行保护与支撑作用、形成良好的散热与隔绝层、保证芯片的可靠性，使其在应用过程中高效稳定地发挥功效。
二、工艺流程流程一：硅片减薄分为两种操作手段。
一是物理手段，如磨削、研磨等；二是化学手段，如电化学腐蚀、湿法腐蚀等，使芯片的厚度达到要求。
薄的芯片更有利于散热，减小芯片封装体积，提高机械性能等。
其次是对硅片进行切割，用多线切割机或其它手段如激光，将整个大圆片分割成单个芯片。
流程二：将晶粒黏着在导线架上，也叫作晶粒座，预设有延伸IC晶粒电路的延伸脚，用银胶对晶粒进行黏着固定，这一步骤为芯片贴装。
流程三：芯片互联，将芯片焊区与基板上的金属布线焊区相连接，使用球焊的方式，把金线压焊在适当位置。
芯片互联常见的方法有，打线键合，载在自动键合（TAB）和倒装芯片键合。
流程四：用树脂体将装在引线框上的芯片封起来，对芯片起保护作用和支撑作用。
包封固化后，在引线条上所有部位镀上一层锡，保证产品管脚的易焊性，增加外引脚的导电性及抗氧化性。
流程五：在树脂上印制标记，包含产品的型号、生产厂家等信息。
将导线架上已封装完成的晶粒，剪切分离并将不需要的连接用材料切除，提高芯片的美观度，便于使用及存储。
流程六：通过测试筛选出符合功能要求的产品，保证芯片的质量可靠性；最后包装入库，将产品按要求包装好后进入成品库，编带投入市场。
三、芯片失效芯片失效分析是判断芯片失效性质、分析芯片失效原因、研究芯片失效的预防措施的技术工作。
对芯片进行失效分析的意义在于提高芯片品质，改善生产方案，保障产品品质。
四、测试方法1、外部目检对芯片进行外观检测，判断芯片外观是否有发现裂纹、破损等异常现象。
2、X-RAY对芯片进行X-Ray检测，通过无损的手段，利用X射线透视芯片内部，检测其封装情况，判断IC封装内部是否出现各种缺陷，如分层剥离、爆裂以及键合线错位断裂等。
3、声学扫描芯片声学扫描是利用超声波反射与传输的特性，判断器件内部材料的晶格结构，有无杂质颗粒以及发现器件中空洞、裂纹、晶元或填胶中的裂缝、IC封装材料内部的气孔、分层剥离等异常情况。
封装可靠性及失效分析 ppt课件
封装可靠性及失效分析
• 电测技术
封装可靠性及失效分析
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• 打开封装
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• 失效定位技术
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• 微焦点X射线检测
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• 激光温度响应方法
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• 激光温度响应方法原理
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• 疲劳寿命与应力和应变的关系
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• 应力应变洄滞曲线
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ACF键合的剥离强度失效
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ACF键合的剥离强度失效
封装可靠性及失效分析
扩散引起的失效-铝钉
封装可靠性及失效分析
• 铝钉的形成过程
封装可靠性及失效分析
• 扩散引起的失效-紫斑
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
封装可靠性及失效分析
• 焊点界面的金属间化合物
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• 老化时间对接头强度的影响
封装可靠性及失效分析
• 由热失配导致的倒装失效
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
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。
12_封装可靠性与失效分析-课件
1.温度循环（TC） －40℃或－55℃或－65℃到＋
2. 高温 / 高湿 / 偏压 高温、高湿环境并施正偏压或反向 铝引线或铝金属化层的 偏压工作。通常为85℃/85%RH/ 腐蚀；模塑料中的离子 （THB）
额定偏臵 性杂质的浸蚀。
3.高温贮存寿命 （HTS） 4.压力锅试验 （PCT）
高温环境下，施加偏压或不加偏压下工 高温失效机理； 作。 Al-Au互扩形成金属间化 如125℃或150℃下1000h。 合物，或金属-Si互扩散。
JEDEC（Joint Electron Devices Engineering Council ）,电子元件工业联合会，作 为一个全球性组织，JEDEC所制定的标准为全行业所接受和采纳。 MIL-STD 美国军用标准，当今世界技术最先进、体系最完备的军用标准 。
温度循环曲线示意
JESD22-A104D
a注：与封装或组装密切关联的失效共计28.1%
过载(Overstress) 大弹性变形 机械 - 屈服
失效机理
磨损(Wear out)
热
- 断裂—脆性，韧性 - 裂纹，爆裂(Popcorn) - 弯曲 - 界面分开 - 热过载 - 接近Tg(玻璃化温度)
- 融化 - 蠕变断裂温度
机械
- 高低周疲劳 - 蠕变 - 磨损（磨粒磨损 等） - 金属迁移 （电/离子迁移） - 应力驱动扩散 - 表面充电 - 内部扩散 Kirkendall空洞 - 氢脆 - 腐蚀 - 解聚
失效率＝失效率函数
n（t t） n（t） n（t） （t） [ N n（t） ]t [ N n（t） ]t
N为产品的总数，且足够大； n(t)为N个产品从开始工作到t时刻的累积失效数。
半导体器件可靠性与失效分析微电子
可靠性影响因素
制造工艺
制造过程中的缺陷、杂质和结构变化等会影 响器件的可靠性。
环境因素
温度、湿度、压力、电磁场等环境因素对器 件的可靠性产生影响。
物理特性
器件的物理特性如尺寸、材料、结构等对可 靠性有重要影响。
电源和信号条件
电源电压、电流、信号频率和幅度等对器件 的可靠性有一定影响。
02
失效分析
失效定义与类型
失效定义
在规定条件下，半导体器件不能维持其特性或功能，称为失 效。
失效类型
分为硬失效和软失效。硬失效是指器件物理损坏，如断路、 短路或芯片脱落等；软失效是指器件性能下降，如参数漂移 、噪声增大或信号丢失等。
失效分析方法
外观检查
电路测试
通过肉眼观察或使用显微镜来检查器件的 外观是否有异常，如机械损伤、腐蚀或金 属化迁移等。
半导体器件的失效案例 分析
热失效案例
01
02
03
失效描述
半导体器件在高温下运行 时，其性能会受到影响， 导致其参数漂移或功能失 效。
原因分析
热失效通常由于热量积聚 、散热不良或热膨胀等因 素导致。
解决方案
优化器件设计、改善散热 条件或采用耐高温材料等 。
机械失效案例
失效描述
半导体器件在机械应力或 振动条件下运行时，可能 会出现裂纹、断裂或脱落 等现象。
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扫描电子显微镜（SEM）分析
通过测试电路性能来检查器件是否正常工 作，如电压、电流和电阻等参数的测量。
能谱分析（EDS）
利用SEM观察器件表面的微观结构，以确 定是否存在缺陷或污染物。
通过EDS检测器件表面的化学成分，以确定 是否存在金属污染或氧化等化学问题。
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1.1芯片键合技术
• 应力应变洄滞曲线
1.1芯片键合技术
ACF键合的剥离强度失效
1.1芯片键合技术
ACF键合的剥离强度失效
1.2封装互连缺陷
扩散引起的失效-铝钉
1.2封装互连缺陷
• 铝钉的形成过程
1.2封装互连缺陷
• 扩散引起的失效-紫斑
1.2封装互连缺陷
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
• Au/Al和Cu/Al键合失效时间预测
1.2封装互连缺陷
• 扩散引起的失效-电位移
1.2封装互连缺陷
• 电位移引起的失效评估-防治措施
1.2封装互连缺陷
• 电位移导致的晶须短路
1.2封装互连缺陷
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理
1.2封装互连缺陷
引线桥连缺陷
1.2封装互连缺陷
• 桥连发生的过程
常见影响芯片键合热疲劳寿命因素
1.1芯片键合技术
1.1芯片键合技术
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
1.1芯片键合技术
• 焊点界面的金属间化合物
1.1芯片键合技术
• 老化时间对接头强度的影响
1.1芯片键合技术
• 由热失配导致的倒装失效
1.1芯片键合技术
• 钎料合金的力学性能对寿命的影响
1.1芯片键合技术
封装可靠性及失效分析
目录
第一章.不同封装步骤的失效方式
第二章.失效分析方法 第三章.失效检测手段
第四章.失效实际案例
1.不同封装步骤的失效方式
1.1芯片键合技术 1.2封装互连的缺陷 1.3常见基板问题 1.4塑料电子器件的湿热失效模式
失效机理
扩散 化学失效 热失配和热疲劳
1.1芯片键合技术
1.2封装互连缺陷
• 桥连发生的过程解析
1.2封装互连缺陷
• 桥连过程的结果-能量变化
1.2封装互连缺陷
• 焊盘宽度的设计准则
1.2封装互连缺陷
• 墓碑缺陷
1.2封装互 热膨胀系数不匹配导致的Whisker
1.2封装互连缺陷
1.3基板问题
1.3基板问题
1.3基板问题
1.3基板问题
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
失效机理：
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
2.失效分析方法
• 失效分析的一般程序
2.失效分析方法
• 收集现场失效数据
2.失效分析方法
• 电测技术
2.失效分析方法
• 打开封装
2.失效分析方法
• 失效定位技术
3.失效检测手段
3.失效检测手段
3.失效检测手段
3.失效检测手段
• 微焦点X射线检测
3.失效检测手段
• 激光温度响应方法
3.失效检测手段
• 激光温度响应方法原理
4.失效实际案例
4.失效实际案例