集成電路“爆米花”效應(yīng)的研究與分析

董艷陽

1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所； 2.中電科西北集團(tuán)有限公司

一、引言

集成電路的生命周期，可分為早期壽命、可用壽命和損耗壽命三個部分。通常情況是，早期失效與品質(zhì)缺陷相關(guān)，磨損失效與退化相關(guān)，可用壽命期失效與應(yīng)力相關(guān)?？煽啃怨こ叹褪且麥缭缙趬勖?，減少可用壽命期的故障，并使損耗壽命期的出現(xiàn)晚于產(chǎn)品預(yù)期的使用壽命?？煽啃缘亩x是系統(tǒng)或元器件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。電路技術(shù)經(jīng)過近六十年的發(fā)展，集成電路的可靠性評估已經(jīng)形成了完整、系統(tǒng)的體系。但是，在元器件出廠后的電裝工藝環(huán)節(jié)，由于忽視潮敏防護(hù)、靜電防護(hù)等，導(dǎo)致集成電路在電裝環(huán)節(jié)失效的情況屢見不鮮。本文通過失效分析，發(fā)現(xiàn)電裝工藝過程中，由于超敏防護(hù)不當(dāng)，導(dǎo)致集成電路發(fā)生“爆米花效應(yīng)”而失效。

二、檢測試驗(yàn)

本文通過外觀檢查、IVCurve測試、X-ray檢查、掃描聲學(xué)顯微鏡檢查、開封檢查、截面分析、SEM觀察等試驗(yàn)，進(jìn)行失效分析。分析發(fā)現(xiàn)失效樣品開路，并且存在明顯分層，截面研磨發(fā)現(xiàn)鍵合絲發(fā)生頸縮斷裂。

（一）外觀檢查

使用顯微鏡對失效樣品進(jìn)行外觀檢查，未見明顯異常。典型外觀形貌見圖1。

圖1 失效樣品外觀形貌

（二）IVCurve測試

為了確定失效樣品的失效特性，鑒別失效模式，利用晶體管圖示儀對樣品進(jìn)行I-V curve測試。結(jié)果顯示，樣品中Pin8（AIN）與GND端口呈開路特性，I-V特性曲線見圖2。

圖2 Pin8（AIN）與GND端口IV特性曲線

（三）X-ray檢查

利用X-Ray設(shè)備對未開封的樣品進(jìn)行X射線檢查。經(jīng)檢查，失效樣品的引線框架和鍵合形貌基本一致，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，鍵合絲輪廓清晰。典型X-Ray形貌見圖3。

圖3 失效樣品X-ray形貌

（四）掃描聲學(xué)顯微鏡檢查

為了檢查樣品不同材料界面粘接情況，利用掃描聲學(xué)顯微鏡對樣品進(jìn)行聲學(xué)微區(qū)成像分析。檢測發(fā)現(xiàn)部分引線框架模塑化合物存在明顯分層，正面基板、芯片與模塑化合物完全分層。

（五）開封檢查

用化學(xué)開封方法將樣品開封。檢查觀察發(fā)現(xiàn)Pin8端口的鍵合絲在內(nèi)鍵合點(diǎn)頸部位置被拉斷而呈開路狀態(tài)；失效樣品芯片表面的鈍化層完整，未見明顯過熱、過電燒毀或機(jī)械損傷等異常形貌。

（六）截面觀察

取另一只失效樣品進(jìn)行截面觀察，發(fā)現(xiàn)模塑化合物與芯片表面存在分層，芯片與基板的粘接截面存在分層。多個端口的鍵合絲在內(nèi)鍵合點(diǎn)頸部位置被拉斷而呈開路狀態(tài)。

三、結(jié)語

IVcurve測試發(fā)現(xiàn)失效樣品的失效模式為開路，聲學(xué)掃描結(jié)果表明芯片與模塑化合物截面存在明顯分層，開封檢查和截面觀察確認(rèn)鍵合絲斷裂呈頸縮特征，聲學(xué)掃描與開封檢查確認(rèn)集成電路樣品由于發(fā)生“爆米花”效應(yīng)而開路失效。