“芯”观察丨单板芯片失效分析

背景介绍

某型号单板经过几次插拔后出现了IO引脚及SADOUT引脚对地短路失效的现象。下文对失效芯片和正常芯片进行分析，查找失效原因。

测试分析

1 外观检查

外观检查显示：失效芯片表面有少量三防漆，引脚处也有连锡现象，未发现明显破损及裂纹，丝印也比较清晰。

2 X-ray检查

结果显示：失效芯片外部引脚有连锡现象，内部键合良好，无明显抬起现象，内部结构也未发现明显异常。

图2 失效样品X-ray检查形貌

图3 正常样品X-ray检查形貌

3 失效现象确认

对比OK芯片，测试失效芯片引脚间的半导体特性曲线，确认失效现象。

测试结果显示：失效芯片pin7引脚与GND为短路失效，pin8引脚与GND有轻微漏电，背景信息基本一致，其他引脚未发现有明显失效。（红线为失效芯片半导体特性曲线，蓝线为正常芯片半导体特性曲线）

图4 失效样品引脚间典型半导体特性曲线

4 超声扫描

对失效芯片和正常芯片进行超声扫描。结果显示：失效芯片晶元表面、二焊点都未发现明显分层现象，晶元侧边有疑似分层现象，但该位置分层应不会导致芯片失效。

图5 芯片超声扫描形貌

5 开封观察

对失效芯片、正常芯片进行开封观察。开封结果显示：失效芯片表面无明显的烧毁、金属残余、裂纹等明显异常，正常芯片也未发现有明显缺陷。

6 定位分析

结果显示：失效芯片顺利获得定位发现有明显亮点，该亮点为pin7引脚附近，正常芯片未发现有异常点，因此失效芯片发现的异常点为芯片内部的失效点位置。

图6 失效样品定位形貌

7 红外观察

取下失效芯片晶元，对晶元背部进行红外观察。观察结果显示：失效芯片定位发现的异常点位置衬底区域有疑似烧毁，正常芯片未发现明显异常。

图7 失效芯片红外观察形貌

图8 正常芯片红外观察形貌

8 FIB切割分析

对失效芯片、正常芯片进行FIB切割分析。结果显示：失效芯片内部有明显烧毁现象，这与红外观察结果一致，烧毁附近位置未发现有明显的质量缺陷，正常芯片相同区域也未明显的质量缺陷，因此基本排除因芯片本身的质量缺陷导致芯片失效。

图9 失效芯片FIB切割形貌

图10 正常芯片FIB切割形貌

结论

本文失效芯片经过插拔几次后出现失效，顺利获得外观检查、X-ray检查、失效现象确认、超声扫描、定位分析、红外观察、FIB切割分析等测试后，发现芯片是由于内部线路层存在明显烧毁引起的失效，结合失效背景，推断芯片烧毁是由于单板在插拔过程中有浪涌冲击导致的。

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