一、 非破壞性分析（NDA）

首先在不破壞樣品的前提下進(jìn)行初步檢查和定位。

1. 外觀檢查

   • 設(shè)備： 光學(xué)顯微鏡、立體顯微鏡、高倍率視頻顯微鏡。

   • 技術(shù)： 檢查封裝體表面是否有機(jī)械損傷、裂紋、爆米花現(xiàn)象、標(biāo)記異常、焊球氧化、坍塌或缺失等。

2. X射線檢查

   • 設(shè)備： 2D X-Ray（二維X光檢測儀）、3D X-Ray/CT（計算機(jī)斷層掃描）。

   • 技術(shù)：

     • 2D X-Ray： 快速檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如焊球的橋接、虛焊、空洞、裂紋，以及芯片的大致位置和方向。

     • 3D X-Ray/CT： 這是FCBAG分析的關(guān)鍵設(shè)備。它可以生成高分辨率的三維立體圖像，無需開封即可清晰觀察到：

       • 焊球內(nèi)部的空洞和裂紋。

       • 基板內(nèi)部的走線和通孔缺陷。

       • 芯片與基板之間的凸點(diǎn)連接狀態(tài)（雖然分辨率可能不足以看清微小凸點(diǎn)細(xì)節(jié)，但能看分布和大的缺陷）。

       • 分層和裂縫的位置。

3. 聲學(xué)掃描顯微鏡

   • 設(shè)備： C-SAM（C模式掃描聲學(xué)顯微鏡）。

   • 技術(shù)： 利用超聲波在不同材料界面反射的特性來檢測內(nèi)部缺陷，對分層特別敏感。

   • 應(yīng)用：

     • 檢測芯片與底部填充膠（Underfill）之間的分層。

     • 檢測底部填充膠與基板之間的分層。

     • 檢測基板內(nèi)部各層之間的分層。

     • 檢測塑封料內(nèi)部的空洞和裂紋。

4. 紅外熱成像

   • 設(shè)備： 紅外熱像儀、Lock-in Thermography（鎖相熱成像）。

   • 技術(shù)： 在芯片通電狀態(tài)下，通過檢測其表面的溫度分布來定位熱點(diǎn)（Hot Spot），從而定位短路、漏電或過功耗的失效點(diǎn)。

5. 電性測試與故障定位

   • 這是失效分析的，目的是將故障縮小到某個具體的網(wǎng)絡(luò)、晶體管或物理位置。

   • 設(shè)備與技術(shù)：

     • TIVA/OBIRCH： 利用激光掃描芯片背面（對于FCBAG，需要先進(jìn)行樣品制備，見下文），通過檢測激光引起的電阻或電流變化來定位短路和開路的位置。是定位金屬層短路和通孔異常的有效技術(shù)之一。

     • EMMI： 檢測失效部位在通電時產(chǎn)生的微弱光子（如載流子雪崩擊穿、熱載流子效應(yīng)），用于定位漏電、柵氧擊穿等失效點(diǎn)。

     • LVP： 通過激光探測晶體管的開關(guān)狀態(tài)，用于診斷邏輯故障，定位晶體管或門電路的問題。

二、 破壞性物理分析（DPA）

在非破壞性分析定位到可疑區(qū)域后，需要進(jìn)行樣品制備，以暴露內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

1. 開封/去層

   • 技術(shù)：

     • 機(jī)械開封： 對于FCBAG，通常先研磨拋光（Cross-Section） 基板的背面，直到露出芯片的背面硅（Die Backside）。這是進(jìn)行背面故障定位（如TIVA， OBIRCH）的前提。

     • 化學(xué)開封： 使用濃硫酸或發(fā)煙硝酸從正面溶解塑封料，但FCBAG有基板阻擋，正面開封無法觸及芯片，因此化學(xué)開封主要用于暴露基板上的焊盤和走線。

     • 等離子刻蝕： 可以更地、各向同性地去除有機(jī)材料（如聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂），用于精細(xì)處理。

2. 截面分析

   • 設(shè)備： 精密研磨臺、拋光機(jī)、FIB（聚焦離子束）、SEM（掃描電子顯微鏡）、EDX（能量色散X射線光譜儀）。

   • 技術(shù)：

     • 機(jī)械研磨截面： 制作一個穿過特定焊球、凸點(diǎn)或可疑失效點(diǎn)的垂直截面，然后用SEM觀察界面IMC（金屬間化合物）形態(tài)、裂紋路徑、空洞、分層等。

     • FIB截面： 這是FCBAG分析中不可或缺的納米級加工和觀察工具?？梢栽谔囟ㄎ恢茫ㄈ鏞BIRCH定位到的點(diǎn)）制作微小截面，用于：

       • 觀察特定通孔或金屬線的連接狀態(tài)。

       • 定位納米級的柵氧擊穿孔。

       • 通過離子束沉積和刻蝕進(jìn)行電路修改或探針墊制備。

     • EDX分析： 配合SEM/FIB使用，對觀察點(diǎn)的微小區(qū)域進(jìn)行元素成分分析，用于判斷污染、腐蝕、IMC成分異常等。

3. 去除層疊結(jié)構(gòu)

   • 技術(shù)： 通過機(jī)械研磨、化學(xué)腐蝕或等離子刻蝕，逐層去除芯片的背面硅、金屬層、介質(zhì)層，直到暴露需要觀察的特定層面。

   • 應(yīng)用： 在從背面完成故障定位后，需要從背面逐層去除硅，直到暴露下層的金屬，從而在物理上找到失效點(diǎn)。

三、 FCBAG失效分析典型流程總結(jié)

1. 失效確認(rèn)： 用電測設(shè)備復(fù)現(xiàn)失效現(xiàn)象。

2. 非破壞性分析：

   • 外觀檢查（光學(xué)顯微鏡）。

   • 內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢查（3D X-Ray）。

   • 分層檢查（C-SAM）。

   • 通電熱定位（紅外熱像儀或Lock-in Thermography）。若失效與熱相關(guān)，可在此步驟定位。

3. 樣品制備（為故障定位做準(zhǔn)備）：

   • 從封裝背面進(jìn)行機(jī)械研磨，將芯片減薄至100-150μm左右，并拋光至鏡面，便于激光穿透。

4. 精密電性故障定位：

   • 使用 TIVA/OBIRCH 或 EMMI 從芯片背面掃描，定位到失效點(diǎn)的二維坐標(biāo)（到微米級）。

5. 破壞性物理分析：

   • 方案A（截面分析）： 如果失效點(diǎn)位于凸點(diǎn)、焊球或基板，則從封裝正面或側(cè)面進(jìn)行機(jī)械剖切，制作截面后用SEM/EDX觀察。

   • 方案B（芯片層次分析）： 如果失效點(diǎn)位于芯片內(nèi)部：

     • 使用 FIB 在定位點(diǎn)直接制作納米級截面進(jìn)行分析。

     • 或者，繼續(xù)從背面研磨芯片，使用精準(zhǔn)拋光或FIB技術(shù)逐層去除硅和金屬層，直到在SEM下直接觀察到定位點(diǎn)的物理缺陷（如短路、斷路、擊穿孔等）。

6. 根因分析： 綜合所有數(shù)據(jù)，判斷失效模式（如電遷移、應(yīng)力裂紋、工藝缺陷、ESD/EOS損傷等）并分析失效機(jī)理。