晶圆封装失效分析项目

晶圆级封装: 热机械失效模式和挑战及整改建议2022/4/23WLCSP(Wafer Level Chip Scale Packaging，晶圆级封装)的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。

晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。

本文旨在于介绍这种新封装技术的特异性，探讨最常见的热机械失效问题，并提出相应的控制方案和改进方法。

晶圆级封装技术虽然有优势，但是存在特殊的热机械失效问题。

很多实验研究发现，钝化层或底层破裂、湿气渗透和/或裸片边缘离层是晶圆级封装常见的热机械失效模式。

此外，裸片边缘是一个特别敏感的区域，我们必须给予更多的关注。

事实上，扇入型封装裸片是暴露于空气中的（裸片周围没有模压复合物覆盖），容易被化学物质污染或发生破裂现象。

所涉及的原因很多，例如晶圆切割工序未经优化，密封环结构缺陷(密封环是指裸片四周的金属花纹，起到机械和化学防护作用)。

此外，由于焊球非常靠近钝化层，焊球工序与线路后端栈可能会相互影响。

本文采用FEM(Finite Element Method，有限元法)方法分析应力，重点放在扇入型封装上。

我们给出了典型的应力区域。

为降低机械失效的风险，我们还简要介绍了晶圆级封装的特异性。

在描述完机械失效后，我们还对裸片和钝化边缘进行了全面的分析。

分析结果显示，钝化边缘产生最大应力，这对沉积策略(直接或锥体沉积方法)和边缘位置提出了要求。

此外，研究结果还显示，必须降低残余应力，并提高BEoL(线路后端)的钝化层厚度。

1. 前言和背景晶圆级封装的设计意图是降低芯片制造成本，实现引脚数量少且性能出色的芯片。

晶圆级封装方案是直接将裸片直接焊接在主板上。

双层电介质、RDL(ReDistribution Layer, 重新布线层)、UBM (可焊接薄层，用于焊球底部金属化)和焊球都位于标准BEoL栈之上。

因此，这些层级扩展了传统晶片制程(多层沉积薄膜配合光刻工艺)范围。

VDMOS芯片 IGSS失效分析方法摘要:IGSS作为衡量VDMOS芯片的一个重要参数，通常在Fab厂晶圆生产阶段会严重影响晶圆良率，根据管芯尺寸大小的不同，会直接影响1-5%甚至更多的良率，同时IGSS也是一个比较难解决的问题，直接影响Fab厂及下游客户的经济效益。

那么本文从晶圆级VDMOS芯片的IGSS漏电失效分析入手，用一种经济有效的方法从发现问题到最终确定问题进行全面描述。

以供同行业工作人员参考。

关键词：VDMOS；IGSS；液晶热点定位；化学腐蚀引言：功率器件VDMOS（vertical double diffused MOS）即垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管。

从结构上来说，VDMOS是由成千上万个元胞（cell）组成，而每个元胞之间又相互互连。

换句话说就是单颗芯片中任何一个元胞出现问题均会引起芯片不同程度的漏电，且随着芯片制造工艺的不断提高，元胞数量也越来越多，所以在IGSS漏电问题的失效分析中，漏电点定位即显得尤为重要。

本文通过经济简便的失效分析手段，对IGSS漏电芯片进行分析，最终确定漏电的原因，为提高晶圆良率提供了有力的帮助。

1.VDMOS中IGSS参数介绍：在VDMOS芯片中IGSS是衡量芯片性能的一项重要参数，它直接影响着器件工作功耗，降低器件使用寿命，严重时可直接使器件烧毁功能不正常，在晶圆测试阶段通常把IGSS规范设置为＜100（nA），在晶圆生产中虽说IGSS失效比较常见，但降低IGSS的失效率是每个Fab厂共同的目标。

IGSS测试电路图如图3所示，源漏（DS）短接，栅源（GS）之间加设定偏置电压，测量栅源（GS）之间电流即为IGSS漏电流。

图3测试电路图1.应用案例分析：某型号芯片在CP测试阶段发现产品良率降低，根据I-V测试发现栅源短路，如图4所示，给失效芯片栅极加1V电压即发生严重漏电，怀疑为芯片结构异常，在显微镜下寻找多次未找到异常点，故采用液晶热点漏电定位法图电压4 IGSS漏电I-V曲线图图5 IGSS正常I-V曲线图液晶热点漏电定位法是一种经济、有效的失效定位方法，通常需要用到的工具：液晶、探针台、直流电源、配备高清摄像头的偏振显微镜。

半导体器件可靠性与失效分析微电子
1.功能失效：指器件不能按照设计要求正常工作，如逻辑门无法实现
正确的逻辑功能。

2.电气失效：指器件发生电气故障，如短路、开路、漏电等。

3.热失效：由于器件内部寄生电阻、封装散热不良等原因，导致器件
温度升高，超过其承受范围，从而导致失效。

4.机械失效：指器件由于外力作用或压力过大等原因，发生物理损坏，如断裂、划伤等。

5.等离子体效应：在高电压或高频环境下，会产生等离子体，从而对
半导体器件产生有害影响。

为提高半导体器件的可靠性，需要进行失效分析，以了解器件失效的
原因
1.失效模式分析：对不同类型的失效进行分类和描述，以便查找相应
的失效原因。

2.加速寿命测试：通过在高温、高电压、高湿度等恶劣条件下进行长
时间测试，模拟器件在实际使用中的环境，加速失效过程，以便提前发现
问题。

3.失效分析方法：包括光学显微镜、电子显微镜、故障定位分析、X
射线衍射等多种方法，用于观察器件失效的具体细节，并找出失效的原因。

4.剖析和分析失效原因：通过对失效器件的分析和试验，找出失效的
原因和机理，如晶体缺陷、金属线断裂等。

5.提高设计和工艺：根据失效分析结果，改进器件的设计和工艺，以
提高器件的可靠性。

总之，半导体器件可靠性与失效分析在微电子领域中具有重要的意义，它不仅能提高半导体器件的可靠性，还能为微电子系统的设计和制造提供
理论指导和实践经验。

随着技术的进一步发展，可靠性和失效分析将继续
成为微电子行业的研究热点。

封装可靠性失效原因及其改善方案阐述长电科技（滁州）有限公司安徽省滁州市 239000 摘要：可靠性是产品质量的一个重要指标，就是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定的功能的能力。

确切的讲，一个产品的使用寿命越接近设计寿命，代表可靠性越好。

1、产品的可靠性与规定的条件密切相关。

如产品使用的环境条件、负荷大小、使用方法等。

一般，温度越高、额定负载越大，产品的可靠性就越低。

2、产品的可靠性与规定的时间也有关系。

例如，一般大型桥梁、道路的设计寿命为50～100年。

3、产品的可靠性还与规定的功能有密切的关系。

例如，一个普通的晶体管有反向漏电流、放大倍数、反向击穿电压、特征频率等多项功能。

芯片封装质量直接影响整个器件和组件的性能,随着混合集成电路向着高性能、高密度以及小型化、低成本的方向发展，对芯片的封装技术和可靠性提出了更高的要求。

本文主要阐述了几种可靠性项目及其失效的机理以及封装导致的原因，以便封装生产中规避此类异常发生。

关键字可靠性；质量；可靠性项目；失效机理；封装导致的原因。

背景描述：电子器件是一个非常复杂的系统，其封装过程的缺陷和失效也是非常复杂的。

因此，研究封装缺陷和失效需要对封装过程有一个系统性的了解，这样才能从多个角度去分析缺陷产生的原因。

封装的失效机理可以分为两类：过应力和磨损。

过应力失效往往是瞬时的、灾难性的；磨损失效是长期的累积损坏，往往首先表示为性能退化，接着才是器件失效。

失效的负载类型又可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载等。

影响封装缺陷和失效的因素是多种多样的，材料成分和属性、封装设计、环境条件和工艺参数等都会有所影响。

封装缺陷主要包括引线变形、底座偏移、翘曲、芯片破裂、分层、空洞、不均匀封装、毛边、外来颗粒和不完全固化等。

随着应用的要求越来越高，对产品封装可靠性要求也越来越高。

我们要识别一些可靠性项目考核目的、失效机理以及可能导致的原因，以便在前期FMEA中定义，从设计、生产角度来提升质量。

晶圆来料检验报告1. 背景晶圆是半导体工业中的关键材料，主要用于制造集成电路。

晶圆来料检验是一项重要的质量控制措施，旨在确保所使用的晶圆符合质量要求，以减少制造过程中的缺陷和故障率。

本报告对晶圆来料进行全面分析和检测，并提供相应的结果和建议，以帮助您评估所收到的晶圆是否符合预期质量标准。

2. 分析2.1 检验项目我们对晶圆进行了以下检验项目：1.外观检查：包括表面平整度、颜色、划痕、污染等。

2.尺寸测量：测量晶圆直径、厚度等尺寸参数。

3.表面缺陷检测：使用显微镜或光学仪器对晶圆表面进行检查，包括裂纹、气泡、杂质等缺陷。

4.结构分析：通过扫描电子显微镜（SEM）等设备对晶圆内部结构进行分析，以确定是否存在结构性缺陷。

2.2 检验方法我们采用了标准的晶圆来料检验方法，包括：1.外观检查：使用目视检查和显微镜检查晶圆外观。

2.尺寸测量：使用专业的测量仪器对晶圆尺寸进行测量。

3.表面缺陷检测：使用高分辨率显微镜或光学仪器对晶圆表面进行检查。

4.结构分析：使用扫描电子显微镜（SEM）等设备对晶圆内部结构进行分析。

2.3 检验结果根据我们的检验，以下是针对不同项目的结果：1.外观检查：晶圆外观平整度良好，无明显划痕或污染现象。

2.尺寸测量：晶圆直径为X mm，厚度为Y mm，与预期尺寸相符合。

3.表面缺陷检测：经过仔细检查，未发现任何裂纹、气泡或杂质等表面缺陷。

4.结构分析：通过扫描电子显微镜（SEM）观察，未发现任何结构性缺陷。

3. 建议基于我们的检验结果，我们向您提供以下建议：1.晶圆的外观、尺寸和表面缺陷均符合预期质量标准，可以继续使用。

2.建议在后续生产过程中继续进行质量控制措施，以确保晶圆在制造过程中不受损害。

3.如有需要，可以对晶圆进行更详细的结构分析，以确保内部结构无缺陷。

结论本报告对晶圆来料进行了全面的检验和分析，并提供了相应的结果和建议。

根据我们的检验结果，晶圆符合预期质量标准，并且可以安全使用。

引言随着集成电路技术的不断发展,芯片工艺制程的典型线宽不断缩小,芯片集成度越来越高,功能越来越复杂,这使得芯片表面的引出端数目和密度急剧地增加,传统的封装形式无法满足这种高密度芯片的封装需求,晶圆级封装(WLP :Wafer Level Package )技术因此产生。

具体来说,WLP 是通过类似于晶圆流片的方式,以圆片的形式进行芯片封装,具体的工艺手段包括磁控溅射、光刻和湿法等。

WLP 通过再布线实现单芯片的引出端重新分布或者多芯片的高密度互联,再通过细节距的凸点制备技术实现高密度外连引出端。

WLP 的典型再布线尺寸为2~30μm ,能够很好地衔接目前多引出端芯片封装需求。

WLP 具有互连密度高、传输距离短等优势,不仅可以极大地减小器件的尺寸和重量,还能提高产品性能。

WLP 样片如图1所示。

目前WLP 已广泛地应用于各类电子产品中,产品的可靠性也是关注的重点,因此统一的可靠性考核标准和试验方法就非常重要,目前对于WLP 的可靠性,业内的权威标准体系还没有针对性规范,但是,由于技术的广泛应用,主流厂商各自制定了内控标准,而参考的文件均为业内针对微电子器件的通用标准和规范[1]。

本文针对WLP 可靠性标准问题,分别论述目前WLP 常见的失效问题,介绍当前图1WLP 样片晶圆级封装(WLP )可靠性标准及试验方法综述吉勇,李杨,朱家昌,朱召贤(中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214035)摘要:随着晶圆级封装的广泛应用,其可靠性也受到越来越多的重视。

首先,介绍了典型晶圆级封装结构,并针对该结构介绍了常见的晶圆级封装失效问题,包括芯片碎裂、再布线分层和凸点剪切力试验异常等;然后,介绍了目前国内外晶圆级封装标准的现状,指出目前仅有部分标准涉及晶圆级封装,缺少针对性标准;最后,通过对国内外军民领域考核标准的分析,给出了典型的晶圆级封装考核方法,对今后晶圆级封装的可靠性考核方法的制定及可靠性提升具有一定的指导作用。

MOSFET雪崩测试及失效模式分析摘要：本文介绍了功率MOSFET及雪崩测试的基本概念，并对雪崩测试后产生的失效样品进行了研究分析，从而得出封装过程及晶圆设计缺陷均能引起器件雪崩失效。

关键词： MOSFET 雪崩测试失效分析1. 功率MOSFE简介金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。

依照其“通道”（工作载流子）的极性不同，可分为“N型”与“P型” 的两种类型，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称尚包括NMOS、PMOS等。

功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET。

2. 雪崩测试原理雪崩能量通常在非钳位感性开关UIS条件下测量。

其中，有两个值EAS和EAR，EAS为单脉冲雪崩能量，定义了单次雪崩状态下器件能够消耗的最大能量;EAR为重复脉冲雪崩能量。

雪崩能量依赖于电感值和起始的电流值。

实际封装测试时只测试EAS。

EAS 特性通常用来描述功率MOSFET在非钳制电感电路中能够承受电流大小的能力，或通常用来描述功率MOSFET在雪崩击穿下负载能量的能力。

EAS特性好坏会直接影响到器件的安全工作区及寿命，因此对于功率MOSFET而言，EAS特性被认为是器件安全性的重要指标。

图2 EAS测试原理图及波形3. 失效分析EAS测试是通过施加一单脉冲能量来考核MOSFET产品的承受能力, 用以剔除芯片本身存在的潜在缺陷或装配过程中造成轻微损伤的不良品, 从而使产品在使用前得到有效的筛选, 能够更可靠的工作。

EAS测试的不良品通常表现为栅极漏电流ISGS超标或短路。