失效分析(Failure Analysis)四步法

在所有电子行业中,包括电子生产制造、电子医疗、航天航空、汽车、家电、消费电子产品等行业,只要有半导体电子器件的产品,都会有售后返修问题。而通过售后返修的维修数据分类,可以找出一些共性问题,分析出是物料问题,或设计环节,或生产环节等问题,提升产品的可靠性和品质。

 

在返修问题中,涉及半导体返修器件的失效分析FA(Failure Analysis)方法,主要有四个步骤:EVI → O/S → X-ray → Decap。半导体器件的原厂的失效分析报告都是按照这四个步骤来的。

 

第一步:EVI(External Visual Inspection)

目的

用肉眼+高倍显微镜锁定“看得见”的缺陷,避免后续破坏把证据洗掉,是失效分析的无损“第一刀”。

 

方法:

用高倍数的显微镜,及高亮度的LED照明,仔细观察封装裂纹、烧痕、污染、爬锡、缺件。

关键部位拍照留档,标尺 0.1 mm,建立“失效外观数据库”。

对金手指、焊盘做 3D 共聚焦测高度,发现虚焊、桥连。

 

输出:

带标尺高清图 + 缺陷位置示意图,作为后续工序的“地图”。

 

第二步:X-ray(2D/3D 透视)

目的:

在“零破坏”条件下,透视封装内部缺陷。

 

方法:

2D X-ray:1–2 μm 分辨率,10 秒成像,先看金线断、焊球空洞。

3D CT:0.5 μm voxel,重建任意截面,定位 Die Crack、桥接、内层短路。

扫描参数:电压 90 kV、电流 100 μA,铜厚>35 μm 时换 130 kV。

 

输出:

透视图 + 3D 切片动画,为第四步“开封位置”画好靶点。

 

第三步:O/S(Open/Short Electrical Test)

目的:

把“外观正常”的器件拉回电气世界,用数据说话。

 

方法:

万用表/飞针机先扫电源-地、IO-IO阻抗,<1 Ω判短路,>10 MΩ判开路。

用曲线 tracer 画 I-V 曲线,对比良品,差异>20 % 标红。

温飘测试:25 °C ↔ 85 °C 循环,抓“热开路”或“热短路”。

 

输出:

Fail log + 对比曲线,直接告诉第三步“该看内部哪条线路”。

 

第四步:Decap(Decapsulation 开封)

目的:

揭开盖子,让芯片裸Die接受“终极审判”。

 

方法:

塑封器件:发烟硝酸 230 °C 浸泡 5–10 min;金属/陶瓷盖用激光或等离子体。

开封后 30 分钟内拍照,防止二次氧化。

后续可接 SEM/EDX、OBIRCH、FIB 截面,完成根因定位。

 

输出:

开封前后对比+Die 表面高倍图+失效机理结论。

 

小结

EVI(External Visual Inspection)看外观,X-ray指内部,O/S(Open/Short Electrical test)给电证,Decap(Decapsulation)见真章——四步走完,失效不再是“玄学”,而是可复制、可预防的数据资产。

作者:极客石头

在搞事情的路上越走越远。

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