1 失效現(xiàn)象特征

溫度形變：塑封器件采用整體模塑封裝結(jié)構(gòu)，包括金屬框架、芯片、芯片與基板的粘接材料、內(nèi)引線以及塑?；衔铩Ｋ芰?、框架和硅芯片間的熱膨脹系數(shù)不同，在受到持續(xù)的溫度變化時，會導(dǎo)致封裝體和芯片間發(fā)生溫度形變，并能最終導(dǎo)致疲勞或不同材料的截面產(chǎn)生裂縫。

溫度形變失效的主要表現(xiàn)形式有：熱膨脹系數(shù)不匹配造成的失效、對芯片的機(jī)械應(yīng)力造成的失效、封裝異物造成的失效等。

(1)熱膨脹系數(shù)不匹配造成失效的主要特征有：介面合金共和物(IMC)空洞造成的漏電或功能性失效；芯片剝離造成的開路；金屬離子遷移形成的晶圓表面的孔洞造成的開路、短路及漏電；封裝開裂；引線折斷造成的開路。

(2)對芯片的機(jī)械應(yīng)力造成失效的特征有：粘結(jié)應(yīng)力；接觸不良；鍵合脫離；金屬鍵合點(diǎn)損傷；芯片剝離；金屬絲下垂、引線接碰；引線折斷；封裝開裂；晶圓裂紋等造成的漏電、開路及短路。

(3)封裝異物造成失效的主要特征有：晶圓劃痕；晶圓裂紋等造成的漏電、開路及短路。

2 失效機(jī)理特征

外界溫度沖擊或低溫環(huán)境造成的塑封材料對芯片的應(yīng)力是主要的失效機(jī)理。

2.1 熱膨脹系數(shù)不匹配

調(diào)查待檢樣品的失效背景，包括使用環(huán)境、使用時間、材料選擇、發(fā)生失效時的情況等，與熱膨脹系數(shù)不匹配失效機(jī)理的特征進(jìn)行比對，熱膨脹系數(shù)不匹配失效機(jī)理的特征包括但不限于以下情況：a)元器件受到的外界環(huán)境溫差變化大；b)樣品失效應(yīng)具有熱膨脹系數(shù)不匹配的失效機(jī)理的綜合特征；c)檢材電性檢測發(fā)現(xiàn)失效(開路、短路、漏電)，或功能檢測有失效；d)檢材的外觀檢測可能發(fā)現(xiàn)封裝分裂；e)檢材的聲掃檢測可能出現(xiàn)分層；f)檢材的X-RAY檢測可能出現(xiàn)引線斷裂；g)開封檢查可能發(fā)現(xiàn)：介面合金共和物(IMC)空洞；芯片剝離；金屬離子遷移形成的晶圓表面的孔洞；引線折斷。

2.2 對芯片的機(jī)械應(yīng)力

調(diào)查待檢樣品的失效背景，包括使用環(huán)境、使用時間、材料選擇、發(fā)生失效時的情況等，與對芯片的機(jī)械應(yīng)力失效機(jī)理的特征進(jìn)行比對，對芯片的機(jī)械應(yīng)力失效機(jī)理的特征包括但不限于以下情況：a)元器件受到的外界環(huán)境溫差變化大；b)樣品失效應(yīng)具有對芯片的機(jī)械應(yīng)力的失效機(jī)理的綜合特征；c)檢材電性檢測發(fā)現(xiàn)失效(開路、短路、漏電)，或功能檢測有失效；d)檢材的外觀檢測可能發(fā)現(xiàn)封裝分裂，封裝材料和芯片在溫度變化時有滑移現(xiàn)象；e)檢材的聲掃檢測可能出現(xiàn)分層；f)檢材的X-RAY檢測可能出現(xiàn)引線斷裂、金屬絲下垂、引線接碰；g)開封檢測可能發(fā)現(xiàn)：晶圓表面有劃痕；粘結(jié)應(yīng)力；接觸不良；鍵合脫離；金屬鍵合點(diǎn)損傷；芯片剝離；金屬絲下垂、引線接碰；引線折斷；晶圓裂紋。

2.3 封裝異物造成的失效

塑封料中加了石英砂填料等物質(zhì)，以其尖銳的角尖接觸芯片，在溫度變化時塑封料的壓力傳遞到芯片上，刺破鈍化層和金屬層造成開路或短路，也會造成IC中的元器件參數(shù)變化。

調(diào)查待檢樣品的失效背景，包括使用環(huán)境、使用時間、材料選擇、發(fā)生失效時的情況等，與封裝異物造成失效機(jī)理的特征進(jìn)行比對，封裝異物造成的失效機(jī)理的特征包括但不限于以下情況：a)元器件受到的外界環(huán)境溫差變化大；b)樣品失效應(yīng)具有對芯片的機(jī)械應(yīng)力的失效機(jī)理的綜合特征；c)檢材電性檢測發(fā)現(xiàn)失效(開路、短路、漏電)，或功能檢測有失效；d)檢材的外觀檢測可能發(fā)現(xiàn)封裝分裂，封裝材料和芯片在溫度變化時有滑移現(xiàn)象；e)檢材的聲掃檢測可能出現(xiàn)分層；f)檢材的X-RAY檢測可能出現(xiàn)引線斷裂、金屬絲下垂、引線接碰。

開封檢測可能發(fā)現(xiàn)：晶圓表面有劃痕；晶圓裂紋；封裝材料中有較為尖銳的物質(zhì)。

3 分析步驟

3.1 檢驗(yàn)原則

(1)應(yīng)綜合了解檢材背景、使用環(huán)境溫濕度、使用時間長短、是否有過應(yīng)力等，與失效現(xiàn)象特征作比較；(2)電學(xué)驗(yàn)證失效現(xiàn)象；(3)先做非破壞性試驗(yàn)，再做破壞性試驗(yàn)；(4)先做失效隔離定位，再做物理驗(yàn)證，并與良品比對；(5)模擬驗(yàn)證確認(rèn)失效現(xiàn)象，此項(xiàng)適當(dāng)時采用。

3.2 失效點(diǎn)電學(xué)定位

綜合運(yùn)用電性測量分析檢驗(yàn)方法對檢材進(jìn)行失效點(diǎn)定位。

電性能分析方法包括：元器件的功能、參數(shù)、引線間特性和結(jié)特性的測試。

電學(xué)定位失效點(diǎn)：用伏安特性曲線儀、探針臺等電性能測量儀器對樣品的失效部位進(jìn)行分段隔離定位，找出導(dǎo)致樣品電性能異常的物理失效點(diǎn)。

根據(jù)電路原理圖分析分別列出可能導(dǎo)致失效的多個失效點(diǎn)，對目標(biāo)失效電路進(jìn)行伏安特性測量，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)失效電路的電流電壓曲線(I-V Curve)呈現(xiàn)過X軸的直線或電阻值無窮大則可能為開路(高阻)失效所致，若發(fā)現(xiàn)目標(biāo)失效電路的電流電壓曲線(I-U Curve)呈現(xiàn)過原點(diǎn)的跨第一第三象限的直線、電阻值為零或大大低于原有阻值則可能為短路或漏電失效所致。由此種方法找到失效位置點(diǎn)。

對良品與不良品失效位置進(jìn)行伏安特性測量，若發(fā)現(xiàn)良品同一位置伏安特性為正常的設(shè)定值，可以確認(rèn)出現(xiàn)的原因?yàn)槭c(diǎn)間電路異常(斷路、短路、漏電)所致。

(1)根據(jù)檢材的特性及失效現(xiàn)象，分段隔離失效部位，綜合查證檢材的電學(xué)失效點(diǎn)。(2)如有標(biāo)準(zhǔn)樣本的，通過檢材與標(biāo)準(zhǔn)樣本的電學(xué)特性的比較檢驗(yàn)，綜合評斷檢材與標(biāo)準(zhǔn)樣本電學(xué)特性的異同。(3)有些失效現(xiàn)象與環(huán)境條件有關(guān)，因此要根據(jù)分析對象的實(shí)際情況可選擇溫度循環(huán)、振動或沖擊、濕熱等試驗(yàn)，再現(xiàn)和觀察失效現(xiàn)象。(4)失效點(diǎn)應(yīng)先用無損的方式進(jìn)行定位，運(yùn)用前述的電性測量分析檢驗(yàn)方法對檢材進(jìn)行失效點(diǎn)定位。

3.3 失效點(diǎn)電學(xué)驗(yàn)證

選用適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)方法，對失效點(diǎn)進(jìn)行電學(xué)驗(yàn)證?？蓽y量失效點(diǎn)部位檢材與標(biāo)準(zhǔn)樣品的電流電壓曲線情況，進(jìn)行對比分析。

3.4 失效點(diǎn)物理驗(yàn)證

(1)據(jù)3.3檢測的電性失效點(diǎn)，運(yùn)用無損檢測手法，對失效點(diǎn)進(jìn)行無損檢測，具體檢驗(yàn)方法包括光學(xué)顯微鏡分析、透射射線分析和超聲波掃描分析等。

(2)用濕法開封，使芯片顯露出來，用金相顯微鏡或掃描電鏡觀察晶圓，引線，重點(diǎn)觀察失效點(diǎn)位置。

3.5 特征物證綜合分析

應(yīng)根據(jù)同一性原理對所發(fā)現(xiàn)的物證特征進(jìn)行對比分析、綜合驗(yàn)證。

(1)檢材的物證特征與第1.1節(jié)的失效現(xiàn)象特征和第2.1節(jié)的失效機(jī)理特征應(yīng)有較多的符合度，且以下物證必須具有，則判斷失效現(xiàn)象與熱膨脹系數(shù)不匹配失效原因具有確定性因果關(guān)系；a)檢材失效具有明顯的溫度沖擊現(xiàn)象；b)若進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品的溫濕度環(huán)境驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)后樣品具有和檢材樣品同樣的失效現(xiàn)象。

(2)檢材的物證特征與第1.2節(jié)的失效現(xiàn)象特征和第2.2節(jié)的失效機(jī)理特征應(yīng)有較多的符合度，且以下物證必須具有，則判斷失效現(xiàn)象與對芯片的機(jī)械應(yīng)力失效原因具有確定性因果關(guān)系；a)檢材失效芯片具有明顯的機(jī)械應(yīng)力現(xiàn)象；b)若進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品的溫濕度環(huán)境驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)后樣品具有和檢材樣品同樣的失效現(xiàn)象。

(3)檢材的物證特征與第1.3節(jié)的失效現(xiàn)象特征和第2.3節(jié)的失效機(jī)理特征應(yīng)有較多的符合度，且以下物證必須具有，則判斷失效現(xiàn)象與腐蝕失效原因具有確定性因果關(guān)系。a)檢材失效封裝材料具有尖銳物；b)若進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品的環(huán)境驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)后樣品具有和檢材樣品同樣的失效現(xiàn)象。

4 鑒定結(jié)論

根據(jù)檢材的綜合物證特征，電子封裝產(chǎn)品失效與溫度形變具有相關(guān)性的鑒定結(jié)論有三類5種情況，失效現(xiàn)象與失效機(jī)理特征具有因果關(guān)系，與失效機(jī)理特征不具有因果關(guān)系，無法判斷是否具有因果關(guān)系。

4.1 具有因果關(guān)系

(1)檢材的物證特征與第1.1節(jié)的失效現(xiàn)象特征和第2.1節(jié)的失效機(jī)理特征應(yīng)有較多的符合度，則鑒定結(jié)論為電子封裝產(chǎn)品的溫度形變造成失效與材料的熱膨脹系數(shù)不匹配的失效機(jī)理特征具有因果關(guān)系。

(2)檢材的物證特征與第1.2節(jié)的失效現(xiàn)象特征和第2.2節(jié)的失效機(jī)理特征應(yīng)有較多的符合度，則鑒定結(jié)論為電子封裝產(chǎn)品的溫度形變造成失效與溫度對芯片的機(jī)械應(yīng)力的失效機(jī)理特征具有因果關(guān)系。

(3)檢材的物證特征與第1.3節(jié)的失效現(xiàn)象特征和第2.3節(jié)的失效機(jī)理特征應(yīng)有較多的符合度，則鑒定結(jié)論為電子封裝產(chǎn)品的溫度形變造成失效與封裝材料異物的失效機(jī)理特征具有因果關(guān)系。

4.2 不具有因果關(guān)系

若具備1節(jié)中所述失效現(xiàn)象物證特征，而與2.1，2.2，2.3節(jié)中的任意一項(xiàng)物證特征存在不符合的情況，則鑒定結(jié)論為電子封裝產(chǎn)品失效與電應(yīng)力失效機(jī)理特征沒有因果關(guān)系。

4.3 無法判斷是否具有因果關(guān)系