半导体外观检测

失效分析是芯片测试重要环节，无论对于量产样品还是设计环节亦或是客退品，失效分析可以帮助降低成本，缩短周期。常见的半导体失效都有哪些呢？下面为大家整理一下：显微镜分析OM无损检测金相显微镜OM：可用来进行器件外观及失效部位的表面形状，尺寸，结构，缺陷等观察。金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。金相显微镜可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用，实现样品外观、形貌检测 、制备样片的金相显微分析和各种缺陷的查找等功能。体视显微镜OM无损检测体视显微镜，亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器，从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，成像是直立的，便于操作和解剖。视场直径大，但观察物要求放大倍率在200倍以下。体视显微镜可用于电子精密部件装配检修，纺织业的品质控制、文物 、邮票的辅助鉴别及各种物质表面观察等领域，实现样品外观、形貌检测 、制备样片的观察分析、封装开帽后的检查分析和晶体管点焊检查等功能。X－Ray无损检测X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。X-Ray可用于产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测等，实现观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板，观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况，芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷等功能。C-SAM（超声波扫描显微镜)无损检测超声扫描显微镜是一种利用超声波为传播媒介的无损检测设备。在工作中采用反射或者透射等扫描方式来检查材料内部的晶格结构，杂质颗粒、夹杂物、沉淀物、内部裂纹、分层缺陷、空洞、气泡、空隙等。I/V Curve量测可用于验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。比如电压-电流。集成电路失效分析流程中，I/V Curve的量测往往是非破坏分析的第二步（外观检查排在第一步），可见Curve量测的重要性。I/V Curve量测常用于封装测试厂，SMT领域等，实现Open/Short Test、 I/V Curve Analysis、Idd Measuring和Powered Leakage（漏电）Test功能。SEM扫描电镜/EDX能量弥散X光仪（材料结构分析/缺陷观察，元素组成常规微区分析，精确测量元器件尺寸）扫描电镜（SEM）SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜（SEM）使用，可以对样品进行微区成分分析。在军工，航天，半导体，先进材料等领域中，SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可实现材料表面形貌分析，微区形貌观察，材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析，薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析，纳米尺寸量测及标示和微区成分定性及定量分析等功能EMMI微光显微镜微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是常用漏电流路径分析手段。对于故障分析而言，微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination会放出光子（Photon）。如在P-N结加偏压，此时N阱的电子很容易扩散到P阱，而P的空穴也容易扩散至N，然后与P端的空穴（或N端的电子）做EHP Recombination。在故障点定位、寻找近红外波段发光点等方面，微光显微镜可分析P-N接面漏电；P-N接面崩溃；饱和区晶体管的热电子；氧化层漏电流产生的光子激发；Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题Probe Station 探针台测试探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发，旨在确保质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺的成本，可用于Wafer，IC测试，IC设计等领域。FIB（Focused Ion beam）线路修改FIB（聚焦离子束，Focused Ion beam）是将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像，此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似，或用强电流离子束对表面原子进行剥离，以完成微、纳米级表面形貌加工。在工业和理论材料研究，半导体，数据存储，自然资源等领域，FIB可以实现芯片电路修改和布局验证、Cross-Section截面分析、Probing Pad、 定点切割、切线连线，切点观测，TEM制样，精密厚度测量等功能。失效分析前还有一些必要的样品处理过程。取die用酸法去掉塑封体，漏出die decap（开封，开帽）利用芯片开封机实现芯片开封验证SAM，XRAY的结果。Decap即开封，也称开盖，开帽，指给完整封装的IC做局部腐蚀，使得IC可以暴露出来，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备，方便观察或做其他测试（如FIB，EMMI）， Decap后功能正常。化学开封Acid DecapAcid Decap，又叫化学开封，是用化学的方法，即浓硫酸及发烟硝酸将塑封料去除的设备。通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料能够暴露出任何一种塑料IC封装内的芯片。去除塑料的过程又快又安全，并且产生干净无腐蚀的芯片表面。研磨RIERIE是干蚀刻的一种，这种蚀刻的原理是，当在平板电极之间施加10～100MHZ的高频电压（RF，radio frequency）时会产生数百微米厚的离子层（ion sheath），在其中放入试样，离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻，此即为RIE（Reactive Ion Etching）。 自动研磨机自动研磨机适用于高精微（光镜，SEM，TEM，AFM，ETC）样品的半自动准备加工研磨抛光，模块化制备研磨，平行抛光，精确角抛光，定址抛光或几种方式结合抛光，主要应用于半导体元器件失效分析，IC反向等领域，实现断面精细研磨及抛光、芯片工艺分析、失效点的查找等功能。 其可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料，可以高速自动切割材料，提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率等。去金球 De-gold bump,去层,染色等，有些也需要相应的仪器机台，SEM可以查看die表面，SAM以及X－Ray观察封装内部情况以及分层失效。除了常用手段之外还有其他一些失效分析手段，原子力显微镜AFM ,二次离子质谱 SIMS,飞行时间质谱TOF － SIMS ,透射电镜TEM , 场发射电镜,场发射扫描俄歇探针, X 光电子能谱XPS ,L-I-V测试系统，能量损失 X 光微区分析系统等很多手段，不过这些项目不是很常用。芯片失效分析步骤:1、非破坏性分析：主要是超声波扫描显微镜（C-SAM）--看有没delamination，xray--看内部结构，等等；2、电测：主要工具，万用表，示波器，sony tek370a3、破坏性分析：机械decap，化学 decap芯片开封机4、半导体器件芯片失效分析 芯片內部分析，孔洞气泡失效分析（原作者：北软失效分析赵工）

数据显示，全球半导体芯片高端检测设备市场基本由美国、日本等国外公司垄断。这意味着，尽快实现芯片高端检测设备国产化成为我国发展集成电路产业的关键之一，关系到我国能否拥有产业自主权。 党的二十大报告指出，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，加快实现高水平科技自立自强。以国家战略需求为导向，集聚力量进行原创性引领性科技攻关，坚决打赢关键核心技术攻坚战。 “多年来，我们始终专注于高精度显示芯片检测的国产替代，致力于成为国内一流的工业检测、产线自动化及人工智能创新检测解决方案的提供商。”武汉森蓝智能科技有限责任公司（以下简称“森蓝智能”）创始人、CEO傅敏介绍，作为一家专注人工智能系统产品研发、生产、销售、运维的高新技术企业，核心团队来自厦门大学、武汉理工大学、华中农业大学等高校，具有多年工业信息化、芯片缺陷检测系统的开发经验，拥有多项人工智能领域高水平论文、著作权以及国家专利。 傅敏说，在半导体制造过程中，芯片检测是提升产品良品率和效率的重要环节，“目前国内现有检测设备不能完全满足国内半导体产业现阶段的发展需求，又面临国际市场的诸多限制。因此，不管从国家安全还是产业需求角度出发，检测设备的国产替代都成了行业共识”。 该项目聚焦于半导体光学外观缺陷检测，利用人工智能检查制造工艺的合规性，高精度、高效地检测出产成品的缺陷。针对半导体芯片缺陷检测“缺陷难发现”“检测精度与效率低”和“新缺陷易遗漏”三大技术难点，森蓝智能研发了“自适应光源控制系统”“基于分治策略的人工智能视觉识别算法”和“正样本学习”三大核心技术，在效率、精度、人力和成本上取得了极大的优势，将检测精度率稳定在99.9%以上。 “与国外领头企业动辄百万元的服务费用相比，我们在保证检测精度的同时，拥有更低的价格和更快的反应速度。”傅敏介绍，目前该产品已经具备批量交付能力，近两个月内已交付3台订单，并已获得三安光电及聚灿光电的20台订单。随着AOI外观机的交付，该公司成功研发了第二款标准化产品自动镜检机。同时，项目被列为“国家科技计划路演行动”重点支持项目。

3月7日，中国机电一体化技术应用协会在广州组织并主持召开了“半导体电容器组件三合一检测关键技术研究及应用”项目科技成果评价会议。此次成果评价会议以线上线下相结合的形式进行，经专家评价，该项目整体技术水平达到国际先进水平。该项目由广州诺顶智能科技有限公司、华南理工大学、广州天极电子科技股份有限公司共同完成，特邀中国工程院院士、浙江大学求是特聘教授谭建荣担任专家组组长，广东省科学院智能制造研究所教授级高工程韬波为副组长，评价会议由中国机电一体化技术应用协会科技质量部主任、专家委秘书长刘明雷主持。针对微小半导体电容器组件的外观检测、电性能检测、分选三合一高速高精度集成测试难题，该项目研发了光度立体成像技术与互补融合视觉检测算法、电容充电及测量快速精准切换控制技术、首创微小电容器组件三合一无损吸附测试技术等，研制出半导体电容器组件三合一智能检测设备。该设备集成了外观检测、电性能检测、分选等功能，具备兼容性好、测量精度高、智能化程度和分选效率高等特点，填补了微小半导体电容器组件的外观检测、电性能检测、分选三合一检测集成装备的空白，实现了进口替代。项目产品经广东产品质量监督检验研究院检测，所检项目符合相关要求。来自浙江大学、广东省科学院智能制造研究所、广州机械科学研究院有限公司、广东产品质量监督检验研究院、广东省机械研究所等单位的7位专家组成的评价委员会，认真听取了项目完成单位的报告，审查了相关资料。经质询和讨论，他们一致认为，该项目成果具有创新性，整体技术水平达到国际先进水平。此次成果评价会议得到多方资源的支持，受到中国机电一体化技术应用协会的高度重视及聚智诚团队专业的科技成果评价指导。据悉，广州诺顶智能科技有限公司自主研发的设备覆盖芯片、元器件、通信、汽车电子、新能源等领域。2020年，该公司在芯片半导体微小器件领域投入大量研发后，成功研发出01005级别微小器件封测技术。科技成果评价会议现场。中国工程院院士谭建荣以线上方式参加评价会议。评价专家与项目团队合影。项目产品（局部）。本文图片由朱汉斌拍摄