[封装失效分析系列一] IC封装失效分析实验室

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近年来，随着半导体技术的不断发展，继续减小线宽的投入与其回报相比变得越来越不划算。业界大佬Intel的10nm工艺预计将在2017年Q3亮相，这个时间点明显已经偏离摩尔定律。高度集成化的芯片，如SoC(systemon chip)的设计与流片成本过高，使得近些年SiP(System in Package)逐渐受到热捧。通过不同种类芯片及封装颗粒之间的组合封装，可以针对不同客户的需求，用相对较低的成本实现高度集成化的目标，封测产业的春天已然到来。日趋复杂的封装形式，如WireBond+Flip-chip，Interposer+TSV，PoP，甚至WLP等，相应的新失效模式也层出不穷，因此封装级别的失效分析显得日趋重要。
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封测大厂一般都拥有自己的失效分析实验室，而有些中小工厂则在搭建中或没有自己的实验室，只能依靠第三方实验室。这里简单比较一下第三方实验室与工厂自有实验室的差别。

先来聊聊第三方实验室，首先是设备种类多，各种高大上的设备一应俱全，而且几乎每台设备都会配一个经验丰富的工程师，保证了分析结果的专业性。同时，大多数第三方实验室已经营多年，获得了国内或者国外的各种认证，这些认证对于OEM或军方客户非常重要，因为他们往往比较认可第三方实验室的分析结果。但对于一个工艺相对稳定且产量很高的封测厂来说，最看重的却是分析的效率。因为对于量产的工厂来说，其追求的目标就是用最低的成本生产出最多的合格品。因此对于收率异常的物料，必须马上找到失效的原因，并反馈到设备工程师来进行改善。只有形成 生产→REJ分析→找到失效原因→反馈生产→工艺改善→生产 的良性循环，生产工艺才会越来越稳定，成本才会越来越低。可以看到，在这个循环里失效分析是关键，而在这方面，自有实验室相比第三方实验室来说就有着得天独厚的优势。因为自有实验室的分析人员对自家的产品十分了解，失效信息的全面性直接保证了分析的效率与结果的准确性。诚然，一般自有实验室在设备种类，人员素质等方面与第三方实验室还有不小的差距，但够用才是硬道理。根据以往经验，一个较完善的自有实验室完全可以解决掉大约95%的案子。
$ q  ]% j& [% P  k那么什么样的失效分析实验室才是合格的呢？光有好设备是不够的，还要有像样的技术和配套的管理，也就是失效分析实验室的三要素。

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对于失效分析来说，设备是第一位的，所谓巧妇难为无米之炊，没有称手的设备再好的技术也发挥不出来。而某些设备，比如Thermal，EMMI/InGaAs/OBIRCH，3D X-ray，FIB等则直接决定了一个失效分析实验室水准的高低。第二位的是技术，包括磨样(平磨，侧磨，断面，去层)，观察，缺陷或失效定位。对于封测领域，Die Level的不良或缺陷虽然只占总体不良或缺陷的10%左右，但能否进行Die Level的分析却是一个封装级别失效分析实验室在技术领域的分水岭。

最后再说一说失效分析实验室的日常管理，通常包括以下几个内容：分析任务分配，设备日常保养，标准作业流程，分析人员培训，分析耗材采购等。个人认为，一个好的失效分析实验室体系中人员和流程同样重要。标准的分析流程可以解决掉大部分的案子，而一个完善的失效分析实验室也不会因为某个牛人的离开而垮掉。一个公司对于失效分析的重视程度决定了其失效分析实验室的规模，而失效分析技术也非一日所成，需要不断的磨练与改良，同时辅以较正规的管理，三要素之间形成良性循环，失效分析会越做越好，才能更好的为公司服务。失效分析团队是失效分析实验室的灵魂，可以这样说，是否拥有一个合格的失效分析团队是一个封测厂能否快速处理工程异常，保证产品可靠性，处理客户投诉，增加单位产出，并进一步提高良率的关键。

下图给出了一个标准的封装级别失效分析实验室应该具有的分析设备以及分析人员的比例。

作为半导体产业的中下游，封测厂的技术层次相对较低。很多封测厂无论是工程能力还是良品率还只是将将及格的水平，而失效分析就是那个能帮助封测厂从及格做到优秀的唯一法宝。
6 n- E& C( Y) a! G1 R# f6 O(本文旨在提出如何建立一个标准的封装级别的失效分析实验室，仅供参考。失效分析的核心技术是失效定位，封装失效分析也不例外，下一篇就跟大家分享一下对于封装级别分析最重要的——热定位设备的相关技术与经验)
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作者：一刀，哈工大，材料专业，博士。精通各种失效分析技术，以及封装失效分析实验室的搭建和管理。作者在工程一线从事失效分析多年，专注于封装级别的失效分析，精通存储芯片的失效分析与工艺改进，尤其对ESD相关的失效现象分析和定位有独到见解。更多精彩，请加“IC封装设计”技术交流微信群！
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