基于专用芯片H032A的失效分析

张鸿儒　刘刚　王梦辉

摘要：针对专用芯片H032A出现的单通道或者多通道失效和噪声过大的失效问题进行了分析。通过专用软件测试、非破坏性检测和开封及镜检等技术手段，确定失效原因由芯片的焊点不实和芯片空洞所致;提出了使用预成型焊片减少芯片在回流焊中因助焊剂高温裂解产生气泡造成空洞问题的解决方案。

关键词：失效分析;空洞;回流焊

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0057-02

0 引言

失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及。失效分析为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。[1]

芯片失效分析可以用在后期测试环节的损坏、整机研发设计、存储、运输、贴片、加工组装、客户端等。分析失效常见方法：外观检查，、芯片拆卸、清洗植球， 系统级测试平台测试， 工程机测试， 必要时进行失效分析， 总结失效原因、预防及改善方案。[2-3]

1 基于专用芯片H032A产品及其失效分析检测工具

XX型X-RAY安全检查系统中的用到的探测器模块包括64像素硅光电二极管阵列、64像素碘化铯闪烁体阵列和两块专用芯片H032A（参图3）。筛选使用的是XX公司自主开发的专用软件Release，如图1所示，筛选主要依據三个方面的数据：灰度图、噪声图和数据采集折线图。

根据工装后X-RAY安全检查系统芯片失效导致系统故障的原因可分为三类：单/多通道损坏、噪声过高和一致性差;良品的筛选表见表1。

2 失效检测方法及原因

2.1 非破坏性失效检测方法

检测方法分为外观检测和 X-RAY透射。外观检测项目如表2所示。

芯片X-RAY检测是采用X光射线照射到IC芯片表面，在被检IC芯片无损伤的情况下观察其内部是否有结构断裂或烧结等状况。可以检查芯片内气泡、邦定线异、空洞等问题。

2.2 破坏性检测

破坏性检测分为激光开封检测和金相显微镜检查。激光开封可精确控制每一层激光扫描能量，每层移除厚度可控制在10～100μm，精准定位开封区域，暴露引线框架、邦定线、基板，甚至直接开封至晶圆层。通过电动变焦显微系统，针对超微小尺寸，可实现数字化定位。部分开封暴露邦定线，完美清除线下树脂残留，显著节省后续工艺时间。开封后的探测器模块实物图如图2所示，内部结构图如图3所示。

金相显微镜检测是在开封后进行的。可以清晰地看到完整的芯片内部的晶片，实现晶片表面异常现象的检查，如键合异常、钝化窗口发黄、铝氧化变色、有导电的银浆外泄等问题。图4所示，H032A芯片开封后，在（50X）放大，圈出部分可以明显看出烧痕，可以确定芯片出现的主要问题为芯片空洞导致芯片的散热不良，最终导致芯片过热烧毁。

2.3 芯片失效原因

芯片的引线键合问题是由引线焊接材料相对稳定不足、容易氧化、硬度和屈服度高等引起的。芯片内部出现空洞现象，经过对未使用芯片（见图5）和使用过的芯片（见图6）进行大量对比发现，只有使用过的芯片才会出现大量空洞。

芯片焊料烧结空洞形成机理是助焊剂中的有机物在高温裂解中产生的气泡无法及时的散出，导致芯片中出现大量的空洞。[4-6]而芯片的焊料烧结空洞会导致芯片的散热不良，最终导致芯片过热烧毁。

3 解决办法及改进方案

芯片的引线键合问题，通过调整键合机的键合压力和超声波功率，键合时间和键合温度可以达到增强键合强度目的。这样改善焊点不实导致的单/多通道的坏道问题。

芯片焊料烧结问题改善，主要是选用合适的焊锡膏上，适量的焊锡膏可以达到理想效果有效减少空洞。这里有一个更好的方法可以解决焊点空洞问题，使用预成型焊片。

精准的尺寸、较低温度的合金焊锡和精准的助焊剂敷量，可以有效的减少焊点空洞。预成型焊片是针对芯片空洞问题的专门解决方法。

参考文献

[1] 李名莉，焦欣欣.电气设备的失效分析方法[J].电气传动自动化，2015（5）：57-60.

[2] 黄美莲.关于芯片失效分析方法的讨论[J].信息通信，2018（2）：112.

[3] 胡立波，高敏.浅谈金线键合[J].电子制作，2015（17）：97.

[4] 孙立强.QFN芯片导热焊点空洞分析[J].电子技术与软件工程，2014（11）：133.

[5] 施纪红.BGA焊点失效分析与改善[J].热加工工艺，2012，41（17）：208-210.

[6] 周舟.低温软钎焊用Sn—58Bi预成型焊片的制备及回流焊点的性能研究[D].华南理工大学，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