芯片失效分析是指對(duì)電子設(shè)備中的故障芯片進(jìn)行檢測(cè)、診斷和修復(fù)的過(guò)程。芯片作為電子設(shè)備的核心部件，其性能和可靠性直接影響整個(gè)設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如通信、計(jì)算機(jī)、汽車電子和航空航天等。

因此，對(duì)芯片故障原因進(jìn)行準(zhǔn)確分析變得非常重要，它不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，為芯片設(shè)計(jì)和制造提供有價(jià)值的反饋，而且對(duì)于保證設(shè)備的正常運(yùn)行具有重要意義。

一、芯片失效分析的重要性不可忽視

芯片失效分析對(duì)于保證產(chǎn)品可靠性、優(yōu)化生產(chǎn)流程、降低維修成本以及預(yù)防未來(lái)類似問(wèn)題具有重要意義。

通過(guò)對(duì)芯片失效分析，工程師們可以了解芯片失效的條件、失效機(jī)理是什么，以及如何改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造工藝以避免類似問(wèn)題。

二、芯片失效的常見原因

芯片失效的常見原因有很多。

其中包括長(zhǎng)時(shí)間工作引起的過(guò)熱、電源電壓不穩(wěn)定、電路設(shè)計(jì)問(wèn)題、材料老化、環(huán)境因素、人為操作錯(cuò)誤等。

這些因素可能導(dǎo)致芯片功能異常、電路中斷、短路、損壞等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致芯片失效。

導(dǎo)電層損壞、電路連接問(wèn)題、溫度過(guò)高、靜電放電、設(shè)計(jì)或制造缺陷等。

1.制造過(guò)程中可能出現(xiàn)工藝缺陷，如金屬層腐蝕或晶體管偏置錯(cuò)位等問(wèn)題，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致芯片使用時(shí)出現(xiàn)故障。

2.高溫問(wèn)題：芯片在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，如果溫度超過(guò)芯片能夠耐受的高溫度，會(huì)導(dǎo)致芯片失效。

3.電壓過(guò)高或過(guò)低是導(dǎo)致芯片失效的常見原因之一。無(wú)論是過(guò)高還是過(guò)低的電壓都會(huì)對(duì)芯片的正常工作造成不利影響。

4.彎曲或振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)：芯片可能會(huì)受到外部力量的彎曲或振動(dòng)，這可能導(dǎo)致芯片內(nèi)部的連接變松或斷裂，從而引發(fā)故障。

5.靜電放電是導(dǎo)致芯片失效的重要原因之一。當(dāng)人體靜電通過(guò)芯片的引線時(shí)，可能會(huì)對(duì)芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)或元器件造成損壞。

6.機(jī)械損傷是指物理行為對(duì)芯片造成的損害，例如摔碎、彎曲等情況。特別是對(duì)于沒有外殼保護(hù)的裸片芯片，更容易因機(jī)械損傷而失效。

7.腐蝕是指在特定環(huán)境下，例如受到污染或遭受化學(xué)腐蝕的介質(zhì)影響下，芯片的材料可能會(huì)發(fā)生銹蝕或腐蝕現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致芯片發(fā)生氧化失去電力。

8.質(zhì)量控制問(wèn)題：芯片質(zhì)量問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致芯片快速損壞。

9.環(huán)境的變化可以導(dǎo)致芯片失效，這些變化包括溫度、濕度、電磁場(chǎng)等因素。

10.基礎(chǔ)材料的缺陷可能會(huì)影響芯片性能，導(dǎo)致芯片壽命延長(zhǎng)。

三、芯片失效分析的方法

芯片失效分析的方法是用于確定芯片故障原因的一種技術(shù)。在芯片失效分析過(guò)程中，通常會(huì)采取以下幾種方法：

外觀檢查：對(duì)芯片各個(gè)部分的外觀進(jìn)行檢查，尋找可能的損壞或異?，F(xiàn)象。例如，檢查芯片是否有物理?yè)p壞、接插件是否松動(dòng)等。

電氣測(cè)試：通過(guò)對(duì)芯片進(jìn)行電氣特性測(cè)試，如電壓、電流、頻率等參數(shù)的測(cè)量，以確定是否存在電路異常。可以采用數(shù)字萬(wàn)用表、示波器等工具進(jìn)行測(cè)試。

熱分析：通過(guò)對(duì)芯片進(jìn)行熱分析，檢測(cè)芯片的溫度分布和熱效應(yīng)，以發(fā)現(xiàn)可能存在的熱問(wèn)題。可以使用紅外熱像儀等設(shè)備進(jìn)行熱測(cè)量。

X射線檢測(cè)：利用X射線技術(shù)對(duì)芯片進(jìn)行檢測(cè)，以查找可能存在的內(nèi)部缺陷或結(jié)構(gòu)問(wèn)題。可以通過(guò)X射線顯像儀進(jìn)行檢測(cè)。

比較分析：將失效芯片與正常工作的芯片進(jìn)行比較分析，找出失效芯片與正常芯片之間的差異，并據(jù)此推斷故障原因。

通過(guò)以上分析方法，可以輔助工程師定位芯片故障原因，并采取相應(yīng)的修復(fù)或更換措施。

四、在進(jìn)行芯片失效分析時(shí)，通常會(huì)使用以下的方法：

01

SAT檢測(cè)分析（超聲波掃描顯微鏡）的檢查內(nèi)容包括：

1.1、材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)粒子、雜質(zhì)物、沉淀物。

1.2、裂紋在物體內(nèi)部

1.3、缺陷的分層級(jí)別

1.4、孔洞、泡沫、間隙等

02

X-Ray檢測(cè)分析(X光檢測(cè))的檢查內(nèi)容:

2.1、觀測(cè)DIP、SOP、QFP、QFN、BGAFlipchip等不同封裝的半導(dǎo)體、電阻、電容等電子元器件以及小型PCB印刷電路板

2.2、觀測(cè)器件內(nèi)部芯片大小、數(shù)量、疊die、綁線情況

2.3、觀測(cè)芯片crack、點(diǎn)膠不均、斷線搭線、內(nèi)部氣泡等封裝缺陷，以及焊錫球冷焊、虛焊等焊接缺陷

03

離子束顯微鏡

離子束顯微鏡是一種利用離子束與樣品相互作用進(jìn)行觀察和分析的儀器。通過(guò)此技術(shù)，可以探測(cè)樣品的形態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和成分等信息。

FIB檢測(cè)分析是指在離子束顯微鏡上進(jìn)行的分析和檢測(cè)工作。

其檢查內(nèi)容主要包括對(duì)樣品的形貌、表面結(jié)構(gòu)、元素分布和化學(xué)成分等方面的分析和檢測(cè)。通過(guò)FIB檢測(cè)分析，可以獲得關(guān)于樣品的詳細(xì)信息，進(jìn)而幫助人們了解樣品的性質(zhì)和特點(diǎn)。

3.1、芯片電路修改和布局驗(yàn)證

3.2、Cross-Section截面分析

3.3、Probing Pad

3.4、定點(diǎn)切割

04

SEM/EDX檢測(cè)分析的內(nèi)容包括形貌觀測(cè)和成分分析

4.1、進(jìn)行材料表面形貌分析，觀察材料微區(qū)的形貌。

4.2、分析材料的形狀、尺寸、表面特征、截面形態(tài)以及顆粒大小的分布情況。

4.3、對(duì)薄膜樣品進(jìn)行表面形貌觀察，并分析薄膜的粗糙度和厚度。

4.4、納米尺度的計(jì)量和標(biāo)記

4.5、微區(qū)成分的定性和定量分析

05

Laser Decap的檢測(cè)分析主要涉及以下內(nèi)容：開封檢查、開蓋檢查和開帽檢

5.1、可使用IC開封方式包括正面和背面的QFP、QFN、SOT、TO、DIP、BGA和COB等封裝。

5.2、樣品削薄（不包括陶瓷和金屬）

5.3、使用激光進(jìn)行標(biāo)記

06

檢查內(nèi)容包括切割制樣的制備、檢測(cè)和分析過(guò)程

6.1、通過(guò)采用樣品冷埋注塑的方式，可以獲得樣品的標(biāo)準(zhǔn)切面。

6.2、切割小尺寸樣品

07

通過(guò)金相顯微鏡進(jìn)行OM檢測(cè)分析時(shí)，主要檢查以下內(nèi)容

7.1、檢測(cè)樣品的外觀和形態(tài)

7.2、進(jìn)行樣品的金相顯微分析制備

7.3、尋找各種缺陷

五、針對(duì)不同的芯片類型可能會(huì)有各種不同的失效原因，下面列舉了一些常用的芯片故障排查技巧：

1、檢查芯片表面：首先應(yīng)該觀察芯片表面是否有明顯的損壞或燒焦痕跡。如果有，很可能是由于芯片發(fā)生了短路或過(guò)壓等問(wèn)題。

2、我們可以通過(guò)使用萬(wàn)用表等工具來(lái)測(cè)量芯片的電壓和電流，以確定芯片是否正常工作。如果發(fā)現(xiàn)電壓或電流異常，很有可能是芯片內(nèi)部元器件損壞或者連接不良導(dǎo)致的。

3、檢查連接線路：連接線路對(duì)芯片的正常工作至關(guān)重要，因此需要檢查是否有損壞或連接不良的情況。如果發(fā)現(xiàn)連接不良，可以重新焊接或更換連接線路。

4、程序調(diào)試是一種解決芯片程序問(wèn)題的方法，可以通過(guò)使用仿真工具和逐步調(diào)試的方式逐步定位問(wèn)題。

5、如果以上的解決辦法都沒有解決問(wèn)題，那么可能是芯片本身出現(xiàn)了故障。此時(shí)需要將芯片更換掉，并重新進(jìn)行測(cè)試。

六、對(duì)于芯片失效分析，存在著一些挑戰(zhàn)與展望

首先，芯片失效分析的一個(gè)挑戰(zhàn)是不同類型芯片失效的多樣性。芯片失效可以由電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、材料缺陷、工藝問(wèn)題等多種因素引起。因此，需要采用多種技術(shù)和方法來(lái)分析不同類型的芯片失效。

其次，芯片失效分析的另一個(gè)挑戰(zhàn)是故障定位的復(fù)雜性。芯片中的故障可能分布在非常微小的區(qū)域，因此需要高精度的儀器和設(shè)備來(lái)進(jìn)行定位。此外，芯片失效分析需要對(duì)芯片進(jìn)行非常精細(xì)的解剖和測(cè)試，這對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)要求都很高。

另外，芯片失效分析也面臨著一些展望。隨著科技的發(fā)展，新的分析技術(shù)和方法不斷涌現(xiàn)，例如掃描電鏡、離子束刻蝕和紅外熱成像等。這些新技術(shù)的應(yīng)用可以提高芯片失效分析的效率和精度，從而更好地解決芯片失效問(wèn)題。

此外，芯片失效分析與人工智能的結(jié)合也是一個(gè)展望。利用深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，可以對(duì)大量的芯片失效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，快速發(fā)現(xiàn)故障模式和解決方案，提高失效分析的自動(dòng)化和智能化水平。

總之，芯片失效分析在面對(duì)挑戰(zhàn)的同時(shí)也面臨著一些展望。通過(guò)不斷探索和應(yīng)用新的技術(shù)和方法，相信可以更好地解決芯片失效問(wèn)題，提高芯片的可靠性和性能。

盡管芯片失效分析技術(shù)已經(jīng)有了明顯的進(jìn)展，但仍然面臨著一些挑戰(zhàn)，比如分析過(guò)程的復(fù)雜性和高精度設(shè)備的成本等問(wèn)題。

未來(lái)，隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，比如人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等，芯片失效分析將變得更加準(zhǔn)確和高效。同時(shí)，隨著芯片制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，芯片的可靠性和穩(wěn)定性也會(huì)進(jìn)一步提高。

總的來(lái)說(shuō)，進(jìn)行芯片失效分析對(duì)于確保產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)流程并預(yù)防未來(lái)問(wèn)題具有重要意義。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，未來(lái)的芯片失效分析將更加準(zhǔn)確、高效，并為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供有力的支持。