失效分析是對于電子元件失效原因進行診斷，在進行失效分析的過程中，往往需要借助儀器設備，以及化學類手段進行分析，以確認失效模式，判斷失效原因，研究失效機理，提出改善預防措施。其方法可以分為有損分析，無損分析，物理分析，化學分析等。其中在進行微觀形貌檢測的時候，尤其是需要觀察斷面或者內部結構時，需要用到離子研磨儀+掃描電鏡結合法，來進行失效分析研究。

離子研磨儀目前是普遍使用的制樣工具，可以進行不同角度的剖面切削以及表面的拋光和清潔處理，以制備出適合半導體故障分析的 SEM 用樣品。

離子研磨儀

TECHNOORG LINDA

掃描電鏡

Phenom SEM

01 離子研磨儀的基本原理

晶片失效分析思路和方法

案例分享 1

優先判斷失效的位置

鎖定失效分析位置后，決定進行離子研磨儀進行切割

離子研磨儀中進行切割

切割后的樣品，放大觀察

放大后發現故障位置左右不對稱

進一步放大后，發現故障位置擠壓變形，開裂，是造成失效的主要原因

變形開裂位置

放大倍數：20,000x

變形開裂位置

放大倍數：40,000x

IC封裝測試失效分析

案例分享 2

1、對失效位置進行切割

2、離子研磨儀中進行切割

3、位置1. 放大后發現此處未連接。放大倍數：30,000x

4、位置2. 放大后發現此處開裂。放大倍數：50,000x

PCB/PCBA失效分析

案例分享 3

離子研磨儀

SC-2100

• 適用于離子束剖面切削、表面拋光

• 可預設不同切削角度制備橫截面樣品

• 可用于樣品拋光或最 終階段的細拋和清潔

• 超高能量離子槍用于快速拋光

• 低能量離子槍適用后處理的表面無損細拋和清潔

• 操作簡單，嵌入式計算機系統，全自動設定操作

• 冷卻系統標準化，應用于多種類樣本

• 高分辨率彩色相機實現實時監控拋光過程

失效分析樣品準備：

失效分析 趙工 半導體元器件失效分析可靠性測試 1月6日

失效分析樣品準備：

失效分析是芯片測試重要環節，無論對于量產樣品還是設計環節亦或是客退品，失效分析可以幫助降低成本，縮短周期。

常見的失效分析方法有Decap，X-RAY，IV，EMMI，FIB，SEM，EDX，Probe，OM，RIE等，因為失效分析設備昂貴，大部分需求單位配不了或配不齊需要的設備，因此借用外力，使用對外開放的資源，來完成自己的分析也是一種很好的選擇。我們選擇去外面測試時需要準備的信息有哪些呢？下面為大家整理一下：

一、decap：寫清樣品尺寸，數量，封裝形式，材質，開封要求（若在pcb板上，Z好提前拆下，pcb板子面較大有突起，會影響對芯片的保護）后續試驗。

1.IC開封（正面/背面） QFP， QFN， SOT，TO， DIP，BGA，COB等

2.樣品減薄（陶瓷，金屬除外）

3.激光打標

4.芯片開封（正面/背面）

5.IC蝕刻，塑封體去除

二、X-RAY：寫清樣品尺寸，數量，材質（密度大的可以看到，密度小的直接穿透），ZD觀察區域，精度。

1.觀測DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封裝的半導體、電阻、電容等電子元器件以及小型PCB印刷電路板

2.觀測器件內部芯片大小、數量、疊die、綁線情況

3.觀測芯片crack、點膠不均、斷線、搭線、內部氣泡等封裝

缺陷，以及焊錫球冷焊、虛焊等焊接缺陷

三、IV：寫清管腳數量，封裝形式，加電方式，電壓電流限制范圍。實驗人員需要提前確認搭建適合的分析環境，若樣品不適合就不用白跑一趟了。

1.Open/Short Test

2.I/V Curve Analysis

3.Idd Measuring

4.Powered Leakage（漏電）Test

四、EMMI：寫清樣品加電方式，電壓電流，是否是裸die，是否已經開封，特殊要求等，EMMI是加電測試，可以連接各種源表，確認加電要求，若實驗室沒有適合的源表，可以自帶，避免做無用功。

1.P-N接面漏電；P-N接面崩潰

2.飽和區晶體管的熱電子

3.氧化層漏電流產生的光子激發

4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、

Hot Carriers Effect、ESD等問題

五、FIB：寫清樣品尺寸，材質，導電性是否良好，若尺寸較大需要事先裁剪。一般樣品臺1-3cm左右，太大的樣品放不進去，也影像定位，導電性好的樣品分析較快，導電性不好的，需要輔助措施才能較好的分析。切點觀察的，標清切點要求。切線連線寫清方案，發定位文件。

1.芯片電路修改和布局驗證

2.Cross-Section截面分析

3.Probing Pad

4.定點切割

六、SEM：寫清樣品尺寸，材質，導電性是否良好，若尺寸較大需要事先裁剪。一般樣品臺1-3cm左右，太大的樣品放不進去，也影像定位，導電性好的樣品分析較快，導電性不好的，需要輔助措施才能較好的分析。

1.材料表面形貌分析，微區形貌觀察

2.材料形狀、大小、表面、斷面、粒徑分布分析

3.薄膜樣品表面形貌觀察、薄膜粗糙度及膜厚分析

4.納米尺寸量測及標示

七、EDX：寫清樣品尺寸，材質，EDX是定性分析，能看到樣品的材質和大概比例，適合金屬元素分析。

1.微區成分定性分析

八、Probe：寫清樣品測試環境要求，需要搭配什么源表，使用什么探針，一般有硬針和軟針，軟針較細，不易對樣品造成二次損傷。

1.微小連接點信號引出

2.失效分析失效確認

3.FIB電路修改后電學特性確認

4.晶圓可靠性驗證

九、OM：寫清樣品情況，對放大倍率要求。OM屬于表面觀察，看不到內部情況。

1.樣品外觀、形貌檢測

2.制備樣片的金相顯微分析

3.各種缺陷的查找

4.晶體管點焊、檢查

十、RIE：寫清樣品材質，需要看到的區域。

1.用于對使用氟基化學的材料進行各向同性和各向異性蝕刻，其中包括碳、環氧樹脂、石墨、銦、鉬、氮氧化物、光阻劑、聚酰亞胺、石英、硅、氧化物、氮化物、鉭、氮化鉭、氮化鈦、鎢鈦以及鎢

2.器件表面圖形的刻蝕 

多種試驗技術可以用來幫助失效分析師確定失效原因。失效分析師根據專業知識，聯合運用各種實驗技術分析斷裂源處的失效起因、材料異常、操作損害。為避免爭論，通常有必要使用現代試驗工具，尋找支持簡單試驗得出結果的進一步的證據。失效分析師的才能在于選擇正確類型的測試和檢查，開展這些測試和檢查的順序也很重要。

1、視覺檢查

視覺檢查是失效分析的diyi步，也是很重要的一步。有經驗的人員憑借肉眼仔細檢查失效零部件的缺陷可以得到大量信息。可能通過研究斷口表面shou選大概確定失效類型（塑性、脆性、疲勞等等），也有可能通過研究斷口形貌定位裂紋起源位置。

檢查斷口起源和縱剖面組織會提供引起裂紋萌生的異常或損傷的線索，常用體視顯微鏡和放大鏡協助肉眼尋找細節線索。

2、無損檢測

對失效部件進行無損檢測，并結合未使用的部件的檢測結果，可以提供缺陷類型信息、從部件生產階段上遺留下來的缺陷和服役期間缺陷的產生。滲透檢測、射線檢測、超聲檢測是提供這些信息的有效技術。無損檢測的目的是分析一些跡象，并且區分主要缺陷與二次損傷。若需要，殘余應力測量也會給出有用的信息。

3、斷口分析

掃描電子顯微鏡（SEM），由于具有大的景深和分辨率，因此是失效分析的重要工具并且被譽為失效分析師的眼睛。通過SME進行斷口檢查，失效模式、裂紋起源、引起失效的異常等等可以準確定義。在部件自由表面產生的缺陷，由于SEM具有高的景深，裂紋起源處和斷裂特征可以同時檢查以確定損傷類型和裂紋萌生處的異常。

4、顯微分析

能譜分析設備，作為所有現代SEM可用的附件，可以用來分析失效件的材料成分，以確定可能在起源處出現的雜質、渣坑、腐蝕產物、外來沉積等物質的組成元素。在粗糙表面產生的分析信息應小心使用，根據EDS產生的成分信息的分析特點，如波譜分析（WDS）的互補技術可以用來分析EDS能譜中能級重合的元素，如含鉬合金中的硫。電子探針（EPMA）是定量分析微觀結構特征的極有用的技術。電子探針產生的感興趣位置的X射線圖像，如渣坑、腐蝕產物、氧化物等等，為定義感興趣特征區域的源或機理的信息。俄歇電子譜（AES）是一項極好的技術，用于原位定義斷口試樣上的脆性特征。由磷、錫、砷、銻在原奧氏體晶界偏析引起的回火脆性和由硫在原奧氏體晶界處析出的脆性硫化物，是非常多可以用AES明顯識別的情況中的兩種。

5、化學分析

在材料成分與規定有一定程度偏差是主要失效原因的情況下，有必要精確確定失效組分的組成。有很多基于原子吸收和發射原理的分析方法都可以用于元素含量的估測，在含量為百分之幾十至十億分之幾的范圍內。

X射線熒光譜分析方法（XRF）用于工廠分析而控制熔體成分和原材料分析，因為這種方法容易同時分析一個固體樣品上的大量元素。原子吸收光譜和它的現代變種廣泛用于精確測試，特別是對于痕量元素的分析。氫、氧、氮通過真空和惰性氣體熔融技術，碳和硫通過燃燒方法。

6、微觀組織檢測

失效件的微觀組織提供了有價值的信息。眾所周知微觀組織決定了力學性能以及金屬材料的斷裂行為，這又與成分、熱處理過程相關。通過仔細研究微觀結構，可能找到成分設計、工藝、熱處理的缺點。微觀結構損害在很多情況下不是非常明顯，因此一個失效分析師必須受訓以確定他們。晶界薄膜和孔洞、不合適的第二相分布、脆性相的存在、表面損傷（由氧化、腐蝕、磨損和侵蝕）、非金屬夾雜、縮孔等等，是可以較容易通過金相檢查確定的缺陷中的一些。有時，可能有必要通過一些材料特定的測試，尋找所觀察到不正常微觀組織的支持和確定性的證據。失效分析過程中產生的一些情況，光學顯微鏡的分辨率和放大倍數不適合檢查特別細小的微觀組織細節。例如，殘余奧氏體在板條邊界處轉化為碳化物引起時效馬氏體脆性，或鎳基高溫合金渦輪葉片析出的γ′相在高的工作溫度暴露，這些情況的學習有必要使用高分辨率技術例如透射電子顯微鏡（TEM）。SEM也可以用于研究細小的微觀組織特征，當感興趣區域的對比度可以通過背散射電子圖像獲取或者深腐蝕技術。

7、機械測試

盡管機械測試很少被當做失效分析過程中的一個需求，但特定的測試仍是有必要的，它可以用于產生支持案例失效分析的一些數據。硬度測量，操作簡單并且對制樣要求Z低，可以提供因微觀結構變化引起的性能變化的信息。感興趣的微觀結構特征處測量微觀硬度對于失效分析是及其有用的。

8、實驗數據的分析和解釋

失效分析的Z關鍵步驟是對使用各種實驗技術產生的數據的解釋。有必要(a)列出產生的所有數據，(b)基于科學原則分析數據，(c)在證據或確認實驗的基礎上消除貌似矛盾的原因，(d)考慮斷裂模式的所有可能原因，(e)Z終確認Z可能的失效原因。一旦確認了失效原因，特定的補救方法也就比較明顯，Z合理的補救方法應被設計者、制造者和用戶采用。

大氣污染惡臭檢測解決方案

主講人：耿利華     日期：2020/04/21    時間：14:00-16:00

       大氣、水和各種固態物質散發的令人不快的氣味統稱為惡臭。惡臭氣體不僅對生態環境造成嚴重影響，而且對人體健康具有極大的危害，且惡臭氣體的污染源多，污染面廣，涉及行業多，濃度一般較低，成分復雜，監測難度大。

      德國AIRSENSE公司的電子鼻惡臭監測儀器是Z早應用環境惡臭監測的儀器之一，在惡臭監測領域享有非常好的口碑和市場占有率。其獨特的傳感器陣列技術和核心數學算法，讓復雜的臭氣濃度檢測變得客觀、實時、易操作和可溯源比較。本次講座將從實際應用出發逐步揭開這套系統的技術原理、監測特點和發展趨勢。

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