背景

隨著我國經濟發展方式的轉變、產業結構的加快調整，工業化和信息化的深度融合，中國半導體市場展現出強勁發展勢頭，半導體產業已成為國民經濟的基礎性支撐產業。半導體器件產品主要包括電容、電阻、電感、二極管、三極管、晶振、集成電路IC等。伴隨電子產品使用量激增，不可避免會出現故障問題，對失效件進行分析，確認失效模式、分析失效機理，明確失效原因，最終減少或避免失效的再次發生，對企業發展意義重大。器件工作環境和使用過程差異導致失效原因復雜，往往失效件具有唯一和不可重復性，所以在進行破壞性分析檢測前對樣品制備要求苛刻，好的樣品制備能為后續分析提供可靠保障。樣品制備包括開封、去層、晶背研磨、取DIE、切片、離子研磨等，本文主要分享開封和去層的技術方法和案例解析。

開封

開封Decap，也稱開蓋、開帽，指對完整封裝的IC 做局部處理，使得IC可以暴露出來，同時保持芯片功能的完整無損，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受損傷，為下一步芯片失效分析實驗做準備，方便觀察或做其他測試（如FIB，EMMI）。開封范圍：普通封裝、COB、BGA、QFP、QFN、SOT、TO、DIP、BGA、COB、陶瓷、金屬等其它特殊封裝。開封方法一般的有化學開封、機械開封、激光開封。

化學開封

高分子的樹脂體在熱的濃硝酸（98%）或濃硫酸作用下，被腐去變成易溶于丙酮的低分子化合物，在超聲作用下，低分子化合物被清洗掉，從而露出芯片表層。此方法適用于塑料封裝的非銀線類產品，去除塑封方便快捷，并且芯片表面干凈。效果如下圖：

機械開封

對于金屬類管殼通常采用手動研磨開封，即用砂紙研磨去掉表面金屬蓋，露出內部芯片；有些器件需要感光，因此采用透明玻璃封裝，此類產品通常可以采用加熱法用專業道具從密封處翹開，使上下部分脫離，達到開封目的。效果如下圖：

激光開封

將IC置于激光開封機載物臺上，通過信號燈使焦點定位到器件表面，繪制所需圖形，設置合適激光能量和鐳射次數，對指定區域鐳射，以起到樣品減薄、鐳射出二焊點、鐳射至基板的目的。效果如下圖：

激光開封機原理和組成：主要由工作區、激光源、掃描頭和攝像四部分組成。芯片激光開封機是利用高能量的激光束對被加工物體的表面進行蒸發，化學作用，灼燒等各種手段，從而在被加工物件的表面打上永久性的標記或者減薄樣品。

面對紛繁復雜的器件，開封常采用上述技術方法的一種或多種，達到較好的開封效果。

去層

去層：芯片去層即Delayer,去層技術廣泛應用于芯片生產、失效分析、和逆向設計等領域。去層技術可分為干法去層和濕法去層。干法去層法主要是利用反應離子刻蝕(RIE)設備或者機械研磨進行去層。濕法去層法是利用特定的化學溶液與所需去除的薄膜層發生反應，使反應的生成物溶于溶液，而與該溶液不發生或者較微弱反應的薄膜層得以保留的方法。通過交互使用不同處理方式（離子蝕刻 、 化學藥液蝕刻 、 機械研磨），使芯片本身多層結構(Passivation、 Metal、IDL)可逐層去除。透過芯片研磨與去層可逐層檢查是否有缺陷，能清楚解析出每一層電路布線結構，為后續分析提供技術支持。芯片結構SEM圖如下：

鈍化層去除

鈍化層去除：鈍化層主要成分使氮化硅，具有致密性和化學穩定性，常覆蓋在最外層，起到保護芯片內部結構的作用。通常采用離子刻蝕機去除，在射頻電源驅動下，在上下電極間形成電壓差，產生輝光放電，反應氣體被電離成等離子體。等離子體中游離基與被刻蝕材料發生反應，生成能夠由氣流帶走的揮發性化合物，從而實現各向異性刻蝕。

金屬層去除

金屬層去除：金屬層一般為鋁，并摻雜了少量硅、銅元素。稀釋后的稀硝酸，硫酸，鹽酸均可以去除鋁層而不腐蝕四周的介質層。

介質層去除

介質層的主要成份是二氧化硅，一般由較多膜層組成，不同層次成膜方法不同，部分層次需要摻雜 其他元素，因此各個薄膜層次的去除速率不一致，可采取研磨法去除，對研磨水平要求較高。

案例分析

01無損開封取Sensor

案件背景：

客戶做產品對比，需將PS sensor（材質InGaAs.約0.5mm)取下,驗證鍵合方式和DIE狀況。

分析方法：

1.用實驗刀具將塑料管殼和基體分離；

2.配制試劑將sensor表面透明物質去除干凈；

3.熱風槍加熱后，用塑料鑷子取下sensor；

4.用光鏡觀察DIE各表面。

通過機械和化學相結合開封方法，成功無損取下sensor，確認了鍵合方式，發現了DIE晶背面Crack.

02更換晶振

案件背景：

元器件晶振異常，客戶需要更換新的晶振并保證器件正常使用。

分析方法：

1.X-ray確認晶振位置后開蓋至基板；

2.熱風槍加熱300度后取下晶振外殼；

3.用實驗刀具將殘留的晶振剔除干凈；

4.點銀膠后替換新晶振，烘烤并封膠；

通過X-RAY定位晶振位置，芯片激光開封機精準開窗，成功更換晶振，測試功能符合客戶預期。

03局部開封

案件背景：

樣品為PCB上的銀線疊DIE產品，開蓋不能開出上DIE并保證銀線不被損傷。

分析方法：

1.X-ray確認FIB的施工區域；

2.激光開封機對施工區域進行局部開窗；

3.配制腐蝕液進行化學腐蝕，露出FIB的施工區域；

4.丙酮清洗干凈后轉交至FIB.

通過Dacap精準定位施工區域和操作手法，成功保護了銀線和DIE，為后續FIB線路修補提供了保證。

04二極管去層看異常位置

案件背景：

二極管類樣品需要去除表面金屬，觀察異常位置

分析方法：

1.配置試劑并用加熱臺加熱至100°

2.將二極管樣品浸入試劑中,待不冒泡后用鑷子夾出

3.清洗干凈后拍照；

通過化學方法，成功去除表面合金，為觀察異常位置提供了條件。
責任編輯：彭菁