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1、仪器设备序号仪器、设备名称型号编 号1立体显微镜LEICA ZM6U117U11452金相显微镜0PTIPH0T200U117U112U3A图示仪敷r 0才硅马艮TYPE576B34953345数字式示波器 内部气氛分析仪1DS3U12IVA110SU117U1141a静电放电 测试系统4初1 QQQ6静电放电测试系统ZAIMAsIERi/247U5U13897等离子刻蚀仪ES 371U117U11748程控直 流电源Agilent 6633B66U1U57549波形发生器AFG32U61U1U638710电子扫描电镜（SEM）XL - 3UFEGU117U1122-n串行编程器Superpr
2、o/58U73U1U392U案例一：产 品 名 称：单片机 MD87C51/B 2 商标： Intel3分析 依据：MIL-STD-883E微电子器件试验方法和程序 微电路的失效分析程序MIL-STD-883E 方法 2010 内部目检（单片电路）4样品数量及编号：失效样品1#6#，良品7#12#5样品概述及失效背景:MD87C51/B是一高速CMOS单片机。委托方一共提供四种批次的此类样品。1#、5#、10#、11#、12#属9724 批次，其中1#样品已做过二次筛选和环境 应力试验，是在整机测试过程中失效， 5#样品在第一次通电工作不正常，须断电后重新通 电可以正常工作，10#12#样品是
3、良品；2#、3#、4#样品属9731批次，这三个样品 在第一次上机时便无法写入程序，多次长时间擦除，内容显示为空，但仍不能写入；6#样 品属9931批次，失效情况同5#样品；7#9#样品属9713批次，为良品。6 分析仪器7分析过程1）样品外观分析：1#6#进行外目检均未发生异常；2）编程器读写试验:能对坏品进行内部程序存储器读取，但无法完成写操作，良品读写操作均正常；3）内部水汽含量测试：应委托方要求， 8#与12#样品进行内部水汽含量测试，结果符合要求；4）端口 I-V特性测试：使用静电放电测试系统剩下的样品进行I-V端口扫描测试，发现: 4#样品的Pin3、Pin4、Pin5、Pin7对
4、地呈现明显的电阻特性，使用图示仪测试后测得 Pin3对地呈现约660Q阻值、Pin4与Pin5对地呈现约300Q阻值、Pin7对地呈现约140 Q阻值，且在1#与4#样品的Pin31 （Ea /Vpp）发现特性曲线异常，但并非每次都能 出现；其他样品的管脚未发现明显异常；5）开封和内部分析：对1#5#样品进行开封，内目检时发现：芯片的铝键合丝与键合台以外相邻的金属化层（有钝化层覆盖）存在跨接现象。在拉 断铝丝后，可见到铝丝通过超声键合已粘接在相邻的地连线或膜电阻上，并粘附着铝丝被 粘连的铝屑见图2 图4。拉断铝丝后均能观察到键合台邻近的工作金属线或膜电阻上存在 铝丝残存的碎屑，说明铝丝存在键合
5、跨接。统计发现，在 3#与 4#样品中，每只样品的 40个键合台均有 27个存在铝丝键合 与其相连的工作金属化铝连线（地线或膜电阻）跨接粘连的问题。对1#4#样品用稀盐酸进行腐蚀后再观察发现，2#样品的Pin31 （EA /Vpp）的键合台存在明显裂痕（见图5），在键合台以外的区域以及靠近该键合台的金属化层被跨接粘 连处，金属化铝连线上的钝化层已存在破裂，被跨接的膜电阻不但其表面的钝化层破裂， 而且膜电阻也已凹陷和破裂。囹是被粘连处的金属化地线和膜电阻凹陷和破裂的SEM照 片。8 综合分析：根据以上分析的结果，铝丝键合点已经与不应该与之相连的覆盖有钝化层的 工作金属层或膜电阻跨接粘连，在翻开或
6、拉断铝丝后，可见到铝丝通过超声已粘接在相邻 的工作金属化地连线或膜电阻上。有些粘连处，地连线和膜电阻上的钝化层已经破裂，这 些破裂造成端口对地漏电或短路，电阻条上的破裂和凹陷造成电阻（膜电阻）的电阻值减 小或开路（见图 6）。根据美军标MIL-STD-883E方法2010 3.1.4玻璃钝化层缺陷呈现下列情况的器件， 不得接收：（略去其它） g. 在膜电阻器上出现裂纹；根据美军标MIL-STD-883E方法20103.2.1.3 般情况（金丝球焊、楔形和无尾键合） 从上面观察时呈现下列情况的器件，不得接受：（略去其他）c.条件A （S级）和条件B （B级）：除公共导线外，键合尾部延伸到有玻 璃
7、钝化层的金属化层上，而该玻璃钝化层呈现出明显的扩展到尾部下面的裂纹或断裂。尽管这些键合跨接以及由此引起的损伤，客观存在于整个批次芯片为数众多的键合台 处。但由于这些键合跨接以及损伤不一定立刻就会导致芯片短路或者开路，因此很多芯片 不一定在出厂初期就出现失效（例如1样品）。但在通电的情况下，再加上热应力的作用 在经过一段时间的加电测试之后，跨接粘连处很可能通过已经存在的微裂缝隙，进入钝化 层之下的金属化层，导致漏电发生，更严重的将导致短路，这时就极可能导致器件的致命 失效。内部高潮湿环境将加速这一过程。某些损伤较为严重的，或者损伤已经足够构成芯 片开路或者短路的，在刚开始使用时，就会发生失效。失
8、效样品#4#就属于这种情况。 而导致损伤发生的最终原因根据观察得到的结果，我们分析认为很可能是在芯片的键合工 序中，键合丝与劈刀的尺寸选择不当，键合点就很容易越出键合台，直接键合到键合台以 外的区域包括一些有钝化层覆盖的工作金属化层上，并在超声应力的作用下损伤这些钝化 层，超声应力产生的热还可能将使部分铝丝渗透进入裂缝。9 结论在芯片键合工艺过程中，内引线铝丝键合点与相邻的不应该相连的工作金属化（地线） 或膜电阻跨接，由于超声应力造成与跨接处的表面钝化层产生微损伤甚至裂缝（不符合美 军标 MIL-STD-883E 的要求），在加电情况下，内引线金属透过已经损伤的钝化层与下层金 属或膜电阻之间形
9、成漏电或者短路，造成器件无法写入的失效现象。 |=1!3 rtr- jfi I 典型分析照片图1 2#样品内部结构图图2 2#样品金属化多余物图3 3#样品金属化多余物图4 3#样品金属化多余物图5 2#样品Pin31键合台的裂痕图6 2#样品Pin31键合台以外的破损形貌案例二：1 产品名称及型号： AD 转换器2 商标及生产商： AD / Analog Device3分析依据：GJB548A-96方法5003微电子器件试验方法和程序微电路的失效分析程序4 样品数量及编号:失效样品一只，15 样品概述及失效背景: 样品 TDC1046B8V 是一 6bit、25Msps 单片视频 A/D 转
10、换器。器 件在进行整机试验运行过程中，发现样品失效。具体表现为输出的6bit码不随输入信号的 变化而变化。委托方提供 TDC1046B8V 失效样品一只。6 分析仪器仪口口器设备序号仪器、设备名称型号编 号1静电放电测试系统aoqq1静电放电测试系统ZA11V1AS1ER7/24705013892电子扫描电镜（SEM）XL - 30FEG0117011223等离子刻蚀仪ES 3710117011744立体显微镜MZ-60117011455金相显微 镜OPTIPHOT2000117011207 分析过程1）样品外观分析：样品外观观察未发现异常。2）端口 IV 特性扫描：对样品进行 IV 端口扫描
11、测试，发现：Pin16 （AGN数字地）对地开路；Pin2 （参考电阻链顶端）与Pinl8 （参考电阻链 底端）呈现一个很小的电阻值，约162Q。初步分析认为开路可能是因为引线断开或者内部电路存在开路； Pin2 与 Pin18 呈现很 低阻值可能是 Pin2 与 Pin18 之间的参考电阻链本身阻值就较低。3）开封和内目检：对 TDC1046B8V 样品进行开封，内目检后有如下发现： Pin17内引线熔断:失效样品Pin17内引线已经熔断呈现热熔断形貌，见图1、图2。 内部电路存在击穿和烧毁的痕迹: 信号输入端的金属化铝线（和 Pin1 相连）与参考 电阻链（Pin2与Pin18之间的金属化
12、铝电阻）之间存在击穿形貌，且金属化铝引线有一定 程度损坏，如图 3 所示；其他击穿烧毁形貌如图 4 所示。分析内目检观察到的结果，导致该样品失效的可能原因是：过电烧毁：使用过程中不正常的电压或者电流波动导致器件烧毁。器件本身存在工艺上的随机微缺陷或者在整机装配之前存在过电损伤，但尚未影响 到器件的正常功能，经过一段时间的整机试验之后，微缺陷或者静电损伤扩大，导致部分 电路电流增大，使金属化连线烧坏和内部元器件热击穿，造成器件失效。图5 图8是在电子扫描显微镜下（SEM）观察到的过电形貌。8 综合分析: 失效样品的外金属引线热熔断，芯片内部存在多处电压击穿点，综合分析认 为造成样品失效有以下两种
13、可能： 偶然的电压波动导致器件局部损伤，在连续加电过程中烧毁； 器件在整机装配前已存在工艺上的随机缺陷或者过电损伤，但尚未影响到器件的功能 与使用，但经过一段时间的整机试验之后，缺陷或损伤进一步扩大，导致部分电路电流增 大，造成金属化铝连线过电烧坏，电流进一步增大，从而造成Pinl7 （负电源地）外引线 热熔断，最终导致器件因烧毁而失效。9 结论: 失效样品本身存在工艺上的微缺陷或过电损伤，整机试验中损伤扩大导致最后失 效。典型分析照片图1 Pin17已熔断内引线图2 Pin17已熔断内引线图3击穿点及引线损坏形貌图4过电形貌金o libM: st at ta图5内部电路过电形貌图6内部电路击
14、穿点形貌* 申由寸L*rW12 1T 14|fliIbftjy JO ItMh|切0 I04M案例三：1 产品名称及型号：通信 IC PMB6850E V2.10 2 商标：Infineon3样品数量及编号：失效样品3只，编号为1#3#4样品概述及失效背景：样品是一通信用集成电路，该集成电路的主要功能是作为一个GSM基带系统，电路主要包含一个 C166CBC MCU 处理器内核和一个 OAK+DSP 内核以及其他辅助 电路。样品采用P-LFBGA-200-1圭寸装。委托方共提供3只失效样品，编号为1#3#，均 属于现场使用失效，累计工作时间300 3000小时。根据委托方的描述，3只失效样品的 R9 (VDD2.1)脚均对P9 (VSS2.1)脚均呈现短路特性。5 分析仪器仪口口 器设备序号仪器、设备名称型号编 号1立体显微镜.LEICA ZM60117011452金相显微镜OPTIPHOT2000117011203图示仪TYPE576B3495334声学扫描显微镜D60000117011286 分析过程1 )样品外观分析：对1 # 、2 # 、3 #样品进行外目检未发现异常。2)端口 I-V特性测试：使用TYPE576型图示仪对3只失效样品进
