基于專用芯片H032A的失效分析

張鴻儒　劉剛　王夢輝

摘要：針對專用芯片H032A出現的單通道或者多通道失效和噪聲過大的失效問題進行了分析。通過專用軟件測試、非破壞性檢測和開封及鏡檢等技術手段，確定失效原因由芯片的焊點不實和芯片空洞所致;提出了使用預成型焊片減少芯片在回流焊中因助焊劑高溫裂解產生氣泡造成空洞問題的解決方案。

關鍵詞：失效分析;空洞;回流焊

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0057-02

0 引言

失效分析是一門發展中的新興學科，近年開始從軍工向普通企業普及。失效分析為生產測試提供必要的補充，為驗證測試流程優化提供必要的信息基礎。[1]

芯片失效分析可以用在后期測試環節的損壞、整機研發設計、存儲、運輸、貼片、加工組裝、客戶端等。分析失效常見方法：外觀檢查，、芯片拆卸、清洗植球， 系統級測試平臺測試， 工程機測試， 必要時進行失效分析， 總結失效原因、預防及改善方案。[2-3]

1 基于專用芯片H032A產品及其失效分析檢測工具

XX型X-RAY安全檢查系統中的用到的探測器模塊包括64像素硅光電二極管陣列、64像素碘化銫閃爍體陣列和兩塊專用芯片H032A（參圖3）。篩選使用的是XX公司自主開發的專用軟件Release，如圖1所示，篩選主要依據三個方面的數據：灰度圖、噪聲圖和數據采集折線圖。

根據工裝后X-RAY安全檢查系統芯片失效導致系統故障的原因可分為三類：單/多通道損壞、噪聲過高和一致性差;良品的篩選表見表1。

2 失效檢測方法及原因

2.1 非破壞性失效檢測方法

檢測方法分為外觀檢測和 X-RAY透射。外觀檢測項目如表2所示。

芯片X-RAY檢測是采用X光射線照射到IC芯片表面，在被檢IC芯片無損傷的情況下觀察其內部是否有結構斷裂或燒結等狀況?？梢詸z查芯片內氣泡、邦定線異、空洞等問題。

2.2 破壞性檢測

破壞性檢測分為激光開封檢測和金相顯微鏡檢查。激光開封可精確控制每一層激光掃描能量，每層移除厚度可控制在10～100μm，精準定位開封區域，暴露引線框架、邦定線、基板，甚至直接開封至晶圓層。通過電動變焦顯微系統，針對超微小尺寸，可實現數字化定位。部分開封暴露邦定線，完美清除線下樹脂殘留，顯著節省后續工藝時間。開封后的探測器模塊實物圖如圖2所示，內部結構圖如圖3所示。

金相顯微鏡檢測是在開封后進行的?？梢郧逦乜吹酵暾男酒瑑炔康木?，實現晶片表面異常現象的檢查，如鍵合異常、鈍化窗口發黃、鋁氧化變色、有導電的銀漿外泄等問題。圖4所示，H032A芯片開封后，在（50X）放大，圈出部分可以明顯看出燒痕，可以確定芯片出現的主要問題為芯片空洞導致芯片的散熱不良，最終導致芯片過熱燒毀。

2.3 芯片失效原因

芯片的引線鍵合問題是由引線焊接材料相對穩定不足、容易氧化、硬度和屈服度高等引起的。芯片內部出現空洞現象，經過對未使用芯片（見圖5）和使用過的芯片（見圖6）進行大量對比發現，只有使用過的芯片才會出現大量空洞。

芯片焊料燒結空洞形成機理是助焊劑中的有機物在高溫裂解中產生的氣泡無法及時的散出，導致芯片中出現大量的空洞。[4-6]而芯片的焊料燒結空洞會導致芯片的散熱不良，最終導致芯片過熱燒毀。

3 解決辦法及改進方案

芯片的引線鍵合問題，通過調整鍵合機的鍵合壓力和超聲波功率，鍵合時間和鍵合溫度可以達到增強鍵合強度目的。這樣改善焊點不實導致的單/多通道的壞道問題。

芯片焊料燒結問題改善，主要是選用合適的焊錫膏上，適量的焊錫膏可以達到理想效果有效減少空洞。這里有一個更好的方法可以解決焊點空洞問題，使用預成型焊片。

精準的尺寸、較低溫度的合金焊錫和精準的助焊劑敷量，可以有效的減少焊點空洞。預成型焊片是針對芯片空洞問題的專門解決方法。

參考文獻

[1] 李名莉，焦欣欣.電氣設備的失效分析方法[J].電氣傳動自動化，2015（5）：57-60.

[2] 黃美蓮.關于芯片失效分析方法的討論[J].信息通信，2018（2）：112.

[3] 胡立波，高敏.淺談金線鍵合[J].電子制作，2015（17）：97.

[4] 孫立強.QFN芯片導熱焊點空洞分析[J].電子技術與軟件工程，2014（11）：133.

[5] 施紀紅.BGA焊點失效分析與改善[J].熱加工工藝，2012，41（17）：208-210.

[6] 周舟.低溫軟釬焊用Sn—58Bi預成型焊片的制備及回流焊點的性能研究[D].華南理工大學，2018.

Failure Analysis Based on Special Chip H032A

ZHANG Hong-ru，LIU Gang，WANG Meng-hui

（School of Instrument Science and Opto Electronics Engineering ，Beijing Information Science and Technology University，beijing? 100172）

Abstract：This paper deeply researched the failure problem of single channel， multi-channel and excessive noise. Through special soft testing， non-destructive testing， unsealing and microscopic inspection， the failure causes are determined to be improper solder joints and voids in the chip.? Finally， the paper proposed a solution of using pre-formed solder sheets in order to reduce voids problem which is caused by propellants cracking bubbles generated in the high temperature chip reflow soldering.

Key words：Failure Analysis; Cavity; Reflow