失效分析

一、失效分析介绍

失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及。它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。

二、失效分析目的

失效分析对产品的生产和使用都具有重要的意义，失效可能发生在产品寿命周期的各个阶段，涉及产品的研发设计、来料检验、加工组装、测试筛选、客户端使用等各个环节，通过分析工艺废次品、早期失效、试验失效、中试失效以及现场失效的样品，确认失效模式、分析失效机理，明确失效原因，最终给出预防对策，减少或避免失效的再次发生。

提高产品成品率和使用可靠性,降低维护维修成本,提高企业品牌和竞争力;

明确引起产品失效的责任方,为司法仲裁提供依据。
四、失效分析流程
五、失效分析常用分析方法
体视显微镜OL
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。
检测范围：
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。
检测项目：
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。

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。
检测范围：
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。
检测项目：
1. 样品外观、形貌检测；
2. 制备样片的金相显微分析；
3. 各种缺陷的查找。
扫描电镜SEM
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。
检测范围：
军工，航天，半导体，先进材料等。
检测项目：
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。
聚焦离子束
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。
检测范围：
工业和理论材料研究，半导体，数据存储，自然资源等领域。
检测内容：
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。

检测范围：
故障点定位、寻找近红外波段发光点。
检测内容：
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。
超声波扫描C-SAM显微镜
超声波扫描显微镜是一种利用超声波为传播媒介的无损检测设备。通过发射高频超声波传递到样品内部，在经过两种不同材质之间界面时，由于不同材质的声阻抗不同，对声波的吸收和反射程度的不同，进而采集的反射或者穿透的超声波能量信息或者相位信息的变化来检查样品内部出现的分层、裂缝或者空洞等缺陷。
检测范围：
半导体晶圆片、封装器件、大功率器件IGBT、红外器件、光电传感器件、SMT贴片器件、MEMS等。
检测项目：
1.材料内部的杂质颗粒、夹杂物、沉淀物；
2.内部裂纹；
3.分层缺陷；
4.空洞、气泡、空隙等。
离子刻蚀
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）。
检测范围：
半导体，材料化学等。
检测内容：
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；
2.器件表面图形的刻蚀。
X-ray(2D&3D)
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。
检测范围：
产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测。
检测内容：
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。
IV曲线测量
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。
检测范围：
封装测试厂，SMT领域等。
检测内容：
1.Open/Short Test；
2.I/V Curve Analysis；
3.Idd Measuring；
4.Powered Leakage（漏电）Test。
高低温测试
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。
检测范围：
电工、电子、仪器仪表及其它产品、零部件及材料。
检测内容：
1. 高温储存；
2. 低温储存；
3. 温湿度储存。
自动研磨
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。
检测范围：
主要应用于半导体元器件失效分析，IC反向。
检测内容：
1.断面精细研磨及抛光；
2.芯片工艺分析；
3.失效点的查找。
探针测试
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。
检测范围：
8寸以内Wafer，IC测试，IC设计等。
检测内容：
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；
5. 激光打标；
6. 表层修复线路；
7. 驱除短路点
8. 激光断线；
9. 干扰芯片测试。

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。
检测范围：
各种材料，各种厚度式样切割。
检测内容：
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。

激光开封
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。
检测范围：
芯片开封，环氧树脂去除，IGBT硅胶去除，样品剪薄。
检测内容：
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，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。
检测范围：
常规塑封器件的开帽分析包括铜线开封。
检测内容：
1.芯片开封（正面/背面）；
2.IC蚀刻，塑封体去除。
失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。如果你的产品需要失效分析检测,请联系泰标实验室。