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常见的失效分析方法

2020-9-1 16:19:23  117 芯片
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失效分析芯片测试重要环节,无论对于量产样品还是设计环节亦或是客退品,失效分析可以帮助降低成本,缩短周期。
常见的失效分析方法有decap,X-RAY,SAT,IV,EMMI,FIB,SEM,EDX,Probe,OM,RIE等,因为失效分析设备昂贵,大部分需求单位配不了或配不齐需要的设备,因此借用外力,使用对外开放的资源,来完成自己的分析也是一种很好的选择。
五花八门的测试项目都是什么意思?能解决什么问题?我们如何选择适合的实验室,合适的检测项目。测试前需要做哪些准备呢?下面为大家整理一下:

一:聚焦离子束FIB,Focused Ion beam
聚焦离子束FIB服务介绍:FIB(聚焦离子束,Focused Ion beam)是将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速,聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像,此功能与SEM(扫描电子显微镜)相似,或用强电流离子束对表面原子进行剥离,以完成微、纳米级表面形貌加工。
聚焦离子束FIB服务范围:工业和理论材料研究,半导体,数据存储,自然资源等领域
聚焦离子束FIB服务内容:1.芯片电路修改和布局验证              
          2.Cross-Section截面分析               
          3.Probing Pad                                 
          4.定点切割


聚焦离子束FIB前期准备:写清样品尺寸,材质,导电性是否良好,若尺寸较大需要事先裁剪。一般样品台1-3cm左右,太大的样品放不进去,也影像定位,导电性好的样品分析较快,导电性不好的,需要辅助措施才能较好的分析。切点观察的,标清切点要求。切线连线写清方案,发定位文件。

二:扫描电镜(SEM)
扫描电镜SEM服务介绍:SEM/EDX(形貌观测、成分分析)扫描电镜(SEM)可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的,根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜(SEM)使用,可以对样品进行微区成分分析。

扫描电镜SEM服务范围:军工,航天,半导体,先进材料等

扫描电镜SEM服务内容:1.材料表面形貌分析,微区形貌观察  
          2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析
          3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析
          4.纳米尺寸量测及标示
          5.微区成分定性及定量分析




扫描电镜SEM前期准备
SEM:写清样品尺寸,材质,导电性是否良好,若尺寸较大需要事先裁剪。一般样品台1-3cm左右,太大的样品放不进去,也影像定位,导电性好的样品分析较快,导电性不好的,需要辅助措施才能较好的分析。
EDX:写清样品尺寸,材质,EDX是定性分析,能看到样品的材质和大概比例,适合金属元素分析。


三:切割制样:

切割制样服务介绍:可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料,可以高速自动切割材料,提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率。服务范围:各种材料,各种厚度式样切割

切割制样服务内容:1.通过样品冷埋注塑获得样品的标准切面  
          2.小型样品的精密切割
切割制样前期准备:样品数量,尺寸,材质                                          

四:X-Ray
X-Ray服务介绍:X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击,在撞击过程中,因电子突然减速,其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置,利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化,产生的对比效果可形成影像,即可显示出待测物的内部结构,进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。

X-Ray服务范围:产品研发,样品试制,失效分析,过程监控和大批量产品观测

X-Ray服务内容:1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板
          2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况
          3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷,以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷

X-Ray前期准备:写清样品尺寸,数量,材质(密度大的可以看到,密度小的直接穿透),重点观察区域,精度。


五:RIE
RIE服务介绍:RIE是干蚀刻的一种,这种蚀刻的原理是,当在平板电极之间施加10~100MHZ的高频电压(RF,radio frequency)时会产生数百微米厚的离子层(ion sheath),在其中放入试样,离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻,此即为RIE(Reactive Ion Etching)。  

RIE服务范围:半导体,材料化学等                                                                                    
RIE服务内容:1.用于对使用氟基化学的材料进行各向同性和各向异性蚀刻,其中包括碳、环氧树脂、石墨、铟、钼、氮氧化物、光阻剂、聚酰亚胺、石英、硅、氧化物、氮化物、钽、氮化钽、氮化钛、钨钛以及钨器件表面图形的刻蚀

RIE前期准备:写清样品材质,需要看到的区域。

六:探针台测试probe
探针台测试probe服务介绍:探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发,旨在确保质量及可靠性,并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。

探针台测试probe服务范围:8寸以内Wafer,IC测试,IC设计等
探针台测试probe服务内容:1.微小连接点信号引出  
          2.失效分析失效确认
          3.FIB电路修改后电学特性确认
          4.晶圆可靠性验证
探针台测试probe前期准备:写清样品测试环境要求,需要搭配什么源表,使用什么探针,一般有硬针和软针,软针较细,不易对样品造成二次损伤。


七:微光显微镜(Emission microscope, EMMI)
微光显微镜emmi服务介绍:对于故障分析而言,微光显微镜(Emission Microscope, EMMI)是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中,EHP(Electron Hole Pairs)Recombination会放出光子(Photon)。如在P-N结加偏压,此时N阱的电子很容易扩散到P阱,而P的空穴也容易扩散至N,然后与P端的空穴(或N端的电子)做EHP Recombination。

微光显微镜emmi服务范围:故障点定位、寻找近红外波段发光点
微光显微镜emmi服务内容:1.P-N接面漏电;P-N接面崩溃
          2.饱和区晶体管的热电子
          3.氧化层漏电流产生的光子激发
          4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题

微光显微镜EMMI前期准备:写清样品加电方式,电压电流,是否是裸die,是否已经开封,特殊要求等,EMMI是加电测试,可以连接各种源表,确认加电要求,若实验室没有适合的源表,可以自带,避免做无用功。

八:芯片开封decap
芯片开封decap服务介绍:Decap即开封,也称开盖,开帽,指给完整封装的IC做局部腐蚀,使得IC可以暴露出来,同时保持芯片功能的完整无损,保持 die,bond pads,bond wires乃至lead-frame不受损伤,为下一步芯片失效分析实验做准备,方便观察或做其他测试(如FIB,EMMI), Decap后功能正常。

芯片开封decap服务范围:芯片开封,环氧树脂去除,IGBT硅胶去除,样品剪薄
芯片开封decap服务内容:1.IC开封(正面/背面) QFP, QFN, SOT,TO, DIP,BGA,COB等
          2.样品减薄(陶瓷,金属除外)
          3.激光打标
化学开封Acid Decap

芯片开封decap服务介绍:Acid Decap,又叫化学开封,是用化学的方法,即浓硫酸及发烟硝酸将塑封料去除的设备。通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料能够暴露出任何一种塑料IC封装内的芯片。去除塑料的过程又快又安全,并且产生干净无腐蚀的芯片表面。
芯片开封decap服务范围:常规塑封器件的开帽分析包括铜线开封
芯片开封decap服务内容:1.芯片开封(正面/背面)  
          2.IC蚀刻,塑封体去除

芯片开封decap前期准备:写清样品尺寸,数量,封装形式,材质,开封要求(若在pcb板上,需要提前拆下,pcb板子面较大有突起,会影响对芯片的保护)后续试验。

九:自动研磨机
自动研磨服务介绍:适用于高精微(光镜,SEM,TEM,AFM,ETC)样品的半自动准备加工研磨抛光,模块化制备研磨,平行抛光,精确角抛光,定址抛光或几种方式结合抛光。

自动研磨服务范围:主要应用于半导体元器件失效分析,IC反向

自动研磨服务内容:1.断面精细研磨及抛光  
          2.芯片工艺分析
          3.失效点的查找              

十:切割制样
切割制样服务介绍:可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料,可以高速自动切割材料,提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率。

切割制样服务范围:各种材料,各种厚度式样切割

切割制样服务内容:1.通过样品冷埋注塑获得样品的标准切面  
          2.小型样品的精密切割

十一:金相显微镜OM
金相显微镜OM服务介绍:可用来进行器件外观及失效部位的表面形状,尺寸,结构,缺陷等观察。金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机(数码相机)通过光电转换有机的结合在一起,不仅可以在目镜上作显微观察,还能在计算机(数码相机)显示屏幕上观察实时动态图像,电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。

金相显微镜OM服务范围:可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金
属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用
金相显微镜OM服务内容:1.样品外观、形貌检测  
          2.制备样片的金相显微分
          3.各种缺陷的查找

体视显微镜OM
体视显微镜OM服务介绍:体视显微镜,亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器,从不同角度观察物体,使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作,直接放入镜头下配合照明即可观察,成像是直立的,便于操作和解剖。视场直径大,但观察物要求放
大倍率在200倍以下。

体视显微镜OM服务范围:电子精密部件装配检修,纺织业的品质控制、文物 、邮票的
辅助鉴别及各种物质表面观察

体视显微镜OM服务内容:1.样品外观、形貌检测  
          2.制备样片的观察分析
          3.封装开帽后的检查分析
          4.晶体管点焊、检查
显微镜OM前期准备:写清样品情况,对放大倍率要求。OM属于表面观察,看不到内部情况。

十二:I/V Curve
I/V Curve服务介绍:验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。比如电压-电流。集成电路失效分析流程中,I/V Curve的量测往往是非破坏分析的第二步(外观检查排在第一步),可见Curve量测的重要性。

I/V Curve服务范围:封装测试厂,SMT领域等
I/V Curve服务内容:1.Open/Short Test  
          2.I/V Curve Analysis
          3.Idd Measuring
          4.Powered Leakage(漏电)Test

I/V Curve前期准备:写清管脚数量,封装形式,加电方式,电压电流限制范围。实验人员需要提前确认搭建适合的分析环境,若样品不适合就不用白跑一趟了。

十三:高温、低温的可靠性试验
高温、低温的可靠性试验服务介绍:适用于工业产品高温、低温的可靠性试验。对电子电工、汽车电子、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研单位等相关产品的零部件及材料在高温、低温(交变)循环变化的情况下,检验其各项性能指标。

高温、低温的可靠性试验服务范围:电工、电子、仪器仪表及其它产品、零部件及材料

高温、低温的可靠性试验服务内容:1.高温储存  
          2.低温储存
          3.温湿度储存

十四:电磁注入检测
服务介绍:在芯片正确执行密码运算过程中,定位被测芯片程序运行的某一特定时刻,注入合适能量的电磁脉冲,使芯片的运行产生非预期错误,并分析这些获取到的非预期错误是否会造成芯片中敏感信息的泄露。

服务内容:1.电磁操纵
2. 差分错误分析

十五:电压毛刺检测
服务介绍:在芯片正确执行密码运算过程中,或在芯片电源RST、CLK、 I/O引脚上注入合适深度和合适宽度的毛刺,使芯片的运行产生非预期错误,并分析这些获取到的非预期错误是否会造成芯片中敏感信息的泄露。

服务内容:1.电源操纵攻击
          2.其他操纵攻击
          3.差分错误分析      

十六:激光注入检测
服务介绍:对芯片进行开封处理后,在芯片正确执行密码运算过程中,通过显微镜定位被攻击芯片表面某一特定区域,通过示波器等观察设备定位密码算法运行的某一特定时刻,注入合适能量大小的激光脉冲,使芯片的运行产生非预期错误,并分析采集到的错误是否会造成芯片中敏感信息的泄露。

服务内容:1.光注入攻击
          2.差分错误分析

十七:侧信道检测
服务介绍:芯片在执行密码算法过程中会产生时间消耗、功率消耗和电磁辐射,利用密码系统实现时泄露的功耗、电磁辐射等侧信道信息,尝试推导密码系统中的密钥信息。

服务内容:1.形象化功耗分析
          2.简单功耗分析
          3.差分功耗分析
          4.电磁辐射分析

十八:超声波扫描显微镜SAT
检查内容:1、材料内部的晶格结构、杂质颗粒、夹杂物、沉淀物
         2、内部裂纹
         3、分层缺陷
         4、空洞、气泡、空隙等

先写这么多,希望能对您有帮助,你想到其他方法的留言补上。

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