<p class="ql-block">失效分析 赵工 半导体工程师 2023-06-18 07:59 发表于北京</p><p class="ql-block">环氧塑封是IC主要封装形式，环氧塑封器件开封方法有化学方法、机械方法和等离子体刻蚀法，化学方法是最广泛使用的方法，又分手动开封和机械开封两种。</p><p class="ql-block">（1）手动开封：</p><p class="ql-block">发烟硝酸或发烟硝酸和发烟硫酸的混酸。125～150℃烘焙约一小时，驱除水汽（建议）；X射线透射技术确定芯片在器件中的位置和大小等离子刻蚀法（建议）；用机械法磨去顶盖一部分或在芯片上方开个圆孔，直到离芯片非常薄为止（建议）加热发烟硝酸至60～70℃，用吸液管滴到黑胶表面，待反应后用丙酮冲洗、烘干，重复上述步骤直至芯片完全暴露；去离子水超声波振荡清洗，最后甲醇超声波振荡清洗，直至表面干净。手动开封的优点是方便、便宜；缺点是小尺寸封装、新型封装类型开封效果不理想，对操作员的经验、技巧依赖性较高。</p><p class="ql-block">（2）自动开封：</p><p class="ql-block">环氧封装喷射腐蚀（Jet Etch），即对器件进行部分开封，暴露芯片表面或背面，但保留芯片、管脚和内引线和压焊点的完整性及电学性能完整，为后续失效定位和检测做准备。Jet Etch工作原理为在器件的芯片位置处的环氧树脂塑封料表面，用机械法磨去一部分，或在芯片上方开一个与芯片面积相当的孔，直到离芯片非常薄为止。将器件倒置并使芯片位置中心正对Jet Etch机台的出液孔，加热的发烟硝酸或脱水/发烟硫酸，亦可为混酸，经由内置真空泵产生的负压，通过小孔喷射到芯片上方的塑封料进行局部腐蚀，直到芯片完全露出。加热的发烟硝酸或脱水硫酸对塑料有较强的腐蚀作用，但对硅片，铝金属化层和内引线的腐蚀作用缓慢，操作时合理设定液体流量、流速以及所用酸的选择，综合考虑封装类型，芯片的大小、厚薄等因素，在成功暴露芯片时能保证器件电性性能的完整性，如图1和图2所示。</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图1、美国 Nisene Technology Group 生产的 JetEtch 自动开封机（https://www.nisene.com）</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图2、Jet Etch芯片开封技术</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图3、Jet Etch开封芯片表面SEM影像</p><p class="ql-block">开封效果欣赏</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block"> 相对于手动开封，Jet Etch具有安全、酸的选择性多、对铝金属层腐蚀性小、精度/可靠性高等优势；但设备的成本较高，对某些新型塑封材料反应速度慢，易造成铝金属和内引线腐蚀，对于CSP和腔在下形式的封装是一大挑战。此外，由于硝酸和铜会发生反应，使得对铜内引线封装器件开封变得极具挑战性。</p><p class="ql-block">（3）等离子体刻蚀开封法（Plasma decapsulation）：</p><p class="ql-block">利用氧等离子体去除有机环氧树脂密封料。离子体刻蚀，又称干法刻蚀，是分析实验室必备样品制备组装置之一。等离子体刻蚀开封法适用于所有塑封器件，反应表面较化学湿法开封干净，选择比高、对芯片腐蚀小；但反应速度慢，相对于化学开封的以分钟为单位，氧等离子体刻蚀则以小时为单位。实际运用时常加CF4以增加反应速率（e.g.70% CF4+30% O2 ）。当刻蚀接近芯片表面时，改用氧等离子体，以防CF4腐蚀金线和芯片的钝化层。 </p><p class="ql-block"> </p><p class="ql-block">（4）热机械开封（thermomechanical decapsulation）：</p><p class="ql-block">通过磨、撬、加热等方法，主要针对金属封装的器件或失效机理是污染物或腐蚀相关。热机械开封不经历化学反应，有效保护铝垫bond pad原始现场，保证了后续化学元素分析和表面分析结果的可信度，适用于失效机理是污染物或腐蚀相关的分析案例。但此法会导致塑封器件金线断裂或金球（gold ball）脱落，破坏器件的电学性能完整性，易造成芯片断裂，对操作员经验、技巧依赖性极高。 </p><p class="ql-block"> </p><p class="ql-block">（5）激光辅助开封（laser assisted decapsulation）：</p><p class="ql-block">随着封装技术的发展和尺寸小型化要求，尤其CSP封装的出现和广泛应用，现有开封技术精确度很难达到要求。激光辅助开封的精准性在一定程度上满足了上述要求。UV激光辅助开封对有机物的去除能力强、平整性好，但环氧树脂塑封料中常含一定量的填充物，对开封的平整性产生负面影响，同时，价格较为昂贵。 </p><p class="ql-block">延伸阅读</p><p class="ql-block">北京软件产品质量检测检验中心（简称：北软检测）成立于2002 年7月，是经北京市编办批准，由北京市科学技术委员会和北京市质量技术监督局联合成立的事业单位。2004年1月，国家质量监督检验检疫总局批准在北软检测基础上筹建国家应用软件产品质量监督检验中心（简称：国软检测），2004年10月国软检测通过验收并正式获得授权，成为我国第一个国家级的软件产品质量监督检验机构。</p><p class="ql-block">中心依据国际标准 ISO/IEC 17025：2005《检测和校准实验室能力认可准则》和ISO 9001：2015《质量管理体系要求》建立了严谨的质量体系，拥有一流的软件测试平台，2600平方米的测试场地，1000多台套的测试设备和上百人的专业测试工程师队伍。目前具有资质认定计量认证（CMA）、资质认定授权证书（CAL）、实验室认可证书（CNAS）、检验机构认可证书（CNAS）、信息安全风险评估服务资质认证证书（CCRC），信息安全等级保护测评机构（DJCP）、ISO 9001：2015质量管理体系认证、ISO/IEC 27001：2013信息安全管理体系认证等各种资质。</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block"> 芯片检测实验室能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作，开展从底层芯片到实际产品，从物理到逻辑全面的检测工作，提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务，同时可开展模拟重现智能产品失效的现象，找出失效原因的失效分析检测服务，主要包括点针工作站（Probe Station）、反应离子刻蚀（RIE）、微漏电侦测系统（EMMI）、X-Ray检测，缺陷切割观察系统（FIB系统）等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析，为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。</p><p class="ql-block">中心有完善的设备和技术团队，成熟的测试分析流程。主要分析项目包含Decap、X-Ray、3D X-Ray、SAT、IV、FIB、EMMI、SEM、EDX、OM、Probe、切割制样、Rie、定点研磨、非定点研磨、高温存储、低温存储等。意向者投简历后安排面试。欢迎自荐或推荐。 </p><p class="ql-block">来源：半导体封装工程师之家，内容有修改</p><p class="ql-block">图片</p><p class="ql-block">赵工</p><p class="ql-block">13488683602</p><p class="ql-block">zhaojh@kw.beijing.gov.cn</p><p class="ql-block">欢迎各公众号，媒体转载，申请加白名单秒通过</p><p class="ql-block">投稿/推广/合作/入群/赞助/转发 请加微信13488683602</p><p class="ql-block">阅读 18</p>