引言

芯片失效主要分為電應力失效、熱應力失效和機械應力失效幾種失效模式。芯片的斷裂與分層屬于隱形失效，往往在出廠前難以察覺。在生產、運輸過程中受到的應力都可能使芯片內部發生斷裂與分層。本文以芯片封裝體開裂失效分析為例，詳細介紹其分析方法與失效機理。

一、案例背景

內存芯片在PCBA上出現失效，表現為芯片不工作。現對失效PCBA（#1、#2）和正常PCBA（OK）進行失效分析，查找其失效原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

為確認失效PCBA上內存芯片是否存在異常，去除PCBA上的屏蔽盒，觀察內存芯片的外觀。

檢查結果：

（1）#1失效樣品內存芯片正面絲印清晰，內存芯片在解焊準備測試時發現引腳有脫落的現象，脫落的部位殘留在PCBA上，內存芯片側邊也發現有明顯破損的現象；

（2）#2失效樣品、OK樣品在拆除屏蔽盒后內存芯片正面外觀絲印清晰，未發現明顯破損及裂紋。

圖1. #1失效內存芯片外觀形貌

圖2. #2內存芯片外觀形貌 圖3.OK內存芯片外觀形貌

2. X-ray檢查

為確認失效內存芯片內部結構是否存在明顯異常，對#1、#2失效內存芯片進行X-ray檢查；

檢查結果顯示：#1失效樣品解焊下的內存芯片引腳有明顯脫落現象，#2失效內存芯片在板X-ray檢查未發現明顯異常。

圖4. #1失效內存芯片X-ray檢查形貌

圖5. #2失效內存芯片X-ray檢查形貌

3. 超聲掃描

前面分析可知：#1失效樣品內存芯片有鍵合脫落的現象，推測失效樣品內存芯片內部可能存在分層現象，因此為確認#2失效樣品內存芯片鍵合是否存在明顯分層現象，對失效內存芯片進行超聲掃描。

掃描結果顯示：#2失效樣品內存芯片鍵合部位存在分層現象。

圖6. #2失效樣品超聲掃描形貌

4. SEM形貌觀察

為確認#1失效樣品內存芯片鍵合脫落的原因，對#1失效樣品進行SEM形貌觀察。

形貌觀察發現：#1失效樣品鍵合脫落部位發現有鍵合斷裂的現象，結合#1失效樣品側面封裝有破損，推測#1失效樣品鍵合脫落的原因為內部鍵合斷裂，鍵合與內部芯片失去連接，而該位置封裝也存在破損，因此對該鍵合失去約束，因此出現了脫落現象。

圖7. #1失效樣品鍵合脫落部位SEM形貌

5. 切片分析

前面分析可知：#1失效樣品鍵合脫落的原因為內部鍵合斷裂及封裝破損引起的且#2失效樣品內存芯片該位置也存在分層現象，為確認#2失效樣品是否也存在該現象，對#2失效樣品內存芯片進行切片分析，切片位置如圖8所示。

圖8. #2、#3失效樣品切片位置

切片結果顯示：#2失效樣品內存芯片封裝體發現明顯裂紋，裂紋經過鍵合部位，裂紋勢必引起鍵合受力最終導致斷裂，這與#1失效樣品鍵合斷裂的現象一致；通過對引腳位置的對比發現，鍵合斷裂的引腳都為pin1引腳，而該引腳為芯片選擇輸入腳，該引腳斷裂，必導致芯片不能正常工作，這是芯片失效的原因，如圖9所示。

切片結果說明：內存芯片失效原因為封裝體有裂紋，裂紋經過鍵合部位使鍵合受力斷裂，最終導致內存芯片不工作。

圖9. #2失效樣品內存芯片切片形貌

圖10. 芯片引腳功能圖

6. 驗證分析

根據上文分析可知#1、#2失效樣品都因封裝開裂導致的內存芯片失效，為確認功能正常樣品是否存在封裝開裂的現象，對OK樣品進行切片分析。

結果顯示：OK樣品封裝有破損，破損位置與失效芯片一致，說明該位置封裝出現破損或裂紋為普遍現象，而破損的位置形貌判斷，該破損及裂紋為受外力導致的可能性較大。

圖11. OK樣品內存芯片切片形貌

三、總結分析

本案是關于內存芯片在PCBA上功能失效，通過外觀檢查、X-ray檢查、超聲掃描、SEM形貌觀察、切片分析、驗證分析等測試發現：

（1）外觀檢查發現#1失效PCBA上內存芯片脫落且側面有破損的現象，#2失效樣品正面絲印清晰，未發現其他異常；X-ray確認了#1失效樣品內存芯片鍵合脫落的現象，#2失效樣品在板X-ray檢查未發現明顯異常；超聲掃描發現#2失效樣品鍵合點有分層現象，結合#1失效樣品鍵合脫落，推測內存芯片失效可能與鍵合不良有關；

（2）通過對#1失效樣品鍵合脫落位置的SEM觀察發現，#1失效樣品鍵合絲有斷裂現象；而通過對#2樣品切片分析發現，鍵合絲斷裂的原因為封裝體有裂紋，裂紋經過鍵合部位使鍵合受力斷裂，最終導致內存芯片不工作；

（3）通過對OK樣品的切片發現內存芯片封裝體有破損或裂紋為普遍現象，只是存在程度上的差異，從破損及裂紋的形貌上判斷應為受應力導致的。

綜上所述：內存芯片不工作的原因為內部鍵合斷裂。

四、結論與建議

內存芯片不工作的原因為內部鍵合斷裂，根本原因為內存芯片受應力導致封裝體產生裂紋，裂紋經過鍵合絲部位，對鍵合絲產生了拉力，最終導致了芯片不工作；從封裝體裂紋的位置上判斷，產生裂紋或破損的位置為芯片Pin1腳位置，因此判斷是該位置受力導致的。

建議：

排查芯片在運輸、組裝過程中pin1引腳是否承受較大的應力。

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