引言

芯片失效主要分為電應(yīng)力失效、熱應(yīng)力失效和機(jī)械應(yīng)力失效幾種失效模式。芯片的斷裂與分層屬于隱形失效，往往在出廠前難以察覺。在生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中受到的應(yīng)力都可能使芯片內(nèi)部發(fā)生斷裂與分層。本文以芯片封裝體開裂失效分析為例，詳細(xì)介紹其分析方法與失效機(jī)理。

一、案例背景

內(nèi)存芯片在PCBA上出現(xiàn)失效，表現(xiàn)為芯片不工作。現(xiàn)對(duì)失效PCBA（#1、#2）和正常PCBA（OK）進(jìn)行失效分析，查找其失效原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

為確認(rèn)失效PCBA上內(nèi)存芯片是否存在異常，去除PCBA上的屏蔽盒，觀察內(nèi)存芯片的外觀。

檢查結(jié)果：

（1）#1失效樣品內(nèi)存芯片正面絲印清晰，內(nèi)存芯片在解焊準(zhǔn)備測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)引腳有脫落的現(xiàn)象，脫落的部位殘留在PCBA上，內(nèi)存芯片側(cè)邊也發(fā)現(xiàn)有明顯破損的現(xiàn)象；

（2）#2失效樣品、OK樣品在拆除屏蔽盒后內(nèi)存芯片正面外觀絲印清晰，未發(fā)現(xiàn)明顯破損及裂紋。

圖1. #1失效內(nèi)存芯片外觀形貌

圖2. #2內(nèi)存芯片外觀形貌 圖3.OK內(nèi)存芯片外觀形貌

2. X-ray檢查

為確認(rèn)失效內(nèi)存芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在明顯異常，對(duì)#1、#2失效內(nèi)存芯片進(jìn)行X-ray檢查；

檢查結(jié)果顯示：#1失效樣品解焊下的內(nèi)存芯片引腳有明顯脫落現(xiàn)象，#2失效內(nèi)存芯片在板X-ray檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

圖4. #1失效內(nèi)存芯片X-ray檢查形貌

圖5. #2失效內(nèi)存芯片X-ray檢查形貌

3. 超聲掃描

前面分析可知：#1失效樣品內(nèi)存芯片有鍵合脫落的現(xiàn)象，推測(cè)失效樣品內(nèi)存芯片內(nèi)部可能存在分層現(xiàn)象，因此為確認(rèn)#2失效樣品內(nèi)存芯片鍵合是否存在明顯分層現(xiàn)象，對(duì)失效內(nèi)存芯片進(jìn)行超聲掃描。

掃描結(jié)果顯示：#2失效樣品內(nèi)存芯片鍵合部位存在分層現(xiàn)象。

圖6. #2失效樣品超聲掃描形貌

4. SEM形貌觀察

為確認(rèn)#1失效樣品內(nèi)存芯片鍵合脫落的原因，對(duì)#1失效樣品進(jìn)行SEM形貌觀察。

形貌觀察發(fā)現(xiàn)：#1失效樣品鍵合脫落部位發(fā)現(xiàn)有鍵合斷裂的現(xiàn)象，結(jié)合#1失效樣品側(cè)面封裝有破損，推測(cè)#1失效樣品鍵合脫落的原因?yàn)閮?nèi)部鍵合斷裂，鍵合與內(nèi)部芯片失去連接，而該位置封裝也存在破損，因此對(duì)該鍵合失去約束，因此出現(xiàn)了脫落現(xiàn)象。

圖7. #1失效樣品鍵合脫落部位SEM形貌

5. 切片分析

前面分析可知：#1失效樣品鍵合脫落的原因?yàn)閮?nèi)部鍵合斷裂及封裝破損引起的且#2失效樣品內(nèi)存芯片該位置也存在分層現(xiàn)象，為確認(rèn)#2失效樣品是否也存在該現(xiàn)象，對(duì)#2失效樣品內(nèi)存芯片進(jìn)行切片分析，切片位置如圖8所示。

圖8. #2、#3失效樣品切片位置

切片結(jié)果顯示：#2失效樣品內(nèi)存芯片封裝體發(fā)現(xiàn)明顯裂紋，裂紋經(jīng)過鍵合部位，裂紋勢(shì)必引起鍵合受力最終導(dǎo)致斷裂，這與#1失效樣品鍵合斷裂的現(xiàn)象一致；通過對(duì)引腳位置的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鍵合斷裂的引腳都為pin1引腳，而該引腳為芯片選擇輸入腳，該引腳斷裂，必導(dǎo)致芯片不能正常工作，這是芯片失效的原因，如圖9所示。

切片結(jié)果說明：內(nèi)存芯片失效原因?yàn)榉庋b體有裂紋，裂紋經(jīng)過鍵合部位使鍵合受力斷裂，最終導(dǎo)致內(nèi)存芯片不工作。

圖9. #2失效樣品內(nèi)存芯片切片形貌

圖10. 芯片引腳功能圖

6. 驗(yàn)證分析

根據(jù)上文分析可知#1、#2失效樣品都因封裝開裂導(dǎo)致的內(nèi)存芯片失效，為確認(rèn)功能正常樣品是否存在封裝開裂的現(xiàn)象，對(duì)OK樣品進(jìn)行切片分析。

結(jié)果顯示：OK樣品封裝有破損，破損位置與失效芯片一致，說明該位置封裝出現(xiàn)破損或裂紋為普遍現(xiàn)象，而破損的位置形貌判斷，該破損及裂紋為受外力導(dǎo)致的可能性較大。

圖11. OK樣品內(nèi)存芯片切片形貌

三、總結(jié)分析

本案是關(guān)于內(nèi)存芯片在PCBA上功能失效，通過外觀檢查、X-ray檢查、超聲掃描、SEM形貌觀察、切片分析、驗(yàn)證分析等測(cè)試發(fā)現(xiàn)：

（1）外觀檢查發(fā)現(xiàn)#1失效PCBA上內(nèi)存芯片脫落且側(cè)面有破損的現(xiàn)象，#2失效樣品正面絲印清晰，未發(fā)現(xiàn)其他異常；X-ray確認(rèn)了#1失效樣品內(nèi)存芯片鍵合脫落的現(xiàn)象，#2失效樣品在板X-ray檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常；超聲掃描發(fā)現(xiàn)#2失效樣品鍵合點(diǎn)有分層現(xiàn)象，結(jié)合#1失效樣品鍵合脫落，推測(cè)內(nèi)存芯片失效可能與鍵合不良有關(guān)；

（2）通過對(duì)#1失效樣品鍵合脫落位置的SEM觀察發(fā)現(xiàn)，#1失效樣品鍵合絲有斷裂現(xiàn)象；而通過對(duì)#2樣品切片分析發(fā)現(xiàn)，鍵合絲斷裂的原因?yàn)榉庋b體有裂紋，裂紋經(jīng)過鍵合部位使鍵合受力斷裂，最終導(dǎo)致內(nèi)存芯片不工作；

（3）通過對(duì)OK樣品的切片發(fā)現(xiàn)內(nèi)存芯片封裝體有破損或裂紋為普遍現(xiàn)象，只是存在程度上的差異，從破損及裂紋的形貌上判斷應(yīng)為受應(yīng)力導(dǎo)致的。

綜上所述：內(nèi)存芯片不工作的原因?yàn)閮?nèi)部鍵合斷裂。

四、結(jié)論與建議

內(nèi)存芯片不工作的原因?yàn)閮?nèi)部鍵合斷裂，根本原因?yàn)閮?nèi)存芯片受應(yīng)力導(dǎo)致封裝體產(chǎn)生裂紋，裂紋經(jīng)過鍵合絲部位，對(duì)鍵合絲產(chǎn)生了拉力，最終導(dǎo)致了芯片不工作；從封裝體裂紋的位置上判斷，產(chǎn)生裂紋或破損的位置為芯片Pin1腳位置，因此判斷是該位置受力導(dǎo)致的。

建議：

排查芯片在運(yùn)輸、組裝過程中pin1引腳是否承受較大的應(yīng)力。

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