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失效分析—匪夷所思的失效案例分享（一）

发布时间：2024-06-13 14:33:30


案例一

芯片是款总线收发芯片，结构简单，工艺成熟，已经市场推广了一段时间。但是客户反馈说某一批次中个别芯片会出现指标不达标的情况，所以该芯片便转入到实验室这里进

行分析。


该芯片之前批次都很正常，首先排除了设计问题，与用户沟通后又排除了ESD/EOS问题，且这一批次的PCM参数也没有异常，初步推测问题出在封装或工艺制造上。之后送到专业的第三方机构进行FA，问题芯片和正常芯片的Thermal集中区别在Bandgap与输出级处，之后便利用探针台对Bandgap进行电学参数测量，此时出现了诡异的现象：decap后的芯片在探针台下的性能比开盖前糟糕，根据多次摸索，实验人员反馈芯片具有光敏特性，在黑暗环境下芯片性能会好一些，而在探针台LED的照射下性能会差。笔者第一时间并不认可这一结论，认为可能是Bandgap的温度系数有问题，又在温箱中进行了测试，发现温度并不能引起如此大的性能波动。经过多次验证，问题芯片确实对光比较敏感，笔者又decap了多颗芯片，发现这一批次或多或少都有光敏特性，而问题芯片的这一特性较为明显，直接影响了芯片功能。

芯片在可见光范围内具有光敏特性这一结论不合常理，笔者联系了在高校任教的师兄对芯片的光学特性进行表征，在紫外-可见-红外分光光度计下对该批次芯片的吸收光谱进行测量，数据如下图：
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图二.问题芯片与正常芯片UV-VIS-NIR Spectrometer 测量结果。
问题芯片与正常芯片的反射光谱确实存在很大差异，尤其是在200nm~320nm和500nm~900nm的光谱范围内（因为芯片和封装底座不平整，光路损耗较大，只有正常芯片与问题芯片的对比才有意义）。实验数据证明了问题芯片确实具有光敏特性，在200nm~320nm和500nm~900nm的光谱范围内问题芯片与正常芯片的反射率有一定差距，而这部分可见光是被问题芯片所吸收。该结果背离常识，因为正常的芯片工艺中是不会引入吸收光谱位于可见光区的物质。而且尚不清楚光敏特性是如何影响电学特性的，究竟是芯片在封装前吸收了可见光导致电学特性发生异变，还是电学特性异常激发了某些物质对可见光的吸收，这些都不得而知。

这个问题要想深究的话，需要更细致的测量手段，因为失效比例在可接受的范围内，后续就增加了筛选条件将这部分芯片筛出去了。笔者只能推测是芯片在制造过程中被不知名的物质污染，从而赋予了Bandgap光敏特性。

二
案例二芯片是款高精度ADC芯片，第一次流片回来后功能都正常，只是性能上有些许瑕疵，所以就进行了小范围的改版，将输入模块的几个NMOS断开。但是二次改版回来的正常率只有20%，且出现的问题五花八门：电源地短路，IO短路，上电异常，输出异常等。笔者第一时间怀疑是封装应力打坏了PAD下方的有源器件，笔者有过类似的失效经验，但是后续实验推翻了这一推测。而进一步的失效分析依然是一无所获，因为失效点和失效症状都不尽相同，很难总结出规律，后来笔者与业内大佬进行交流后提出一个新的推测：

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图四.ADC芯片改版示意图。

如图四所示，因为要控制成本只改一层金属，改版时只把Drain端断开,其余端口都还保持正常的连接关系，正是如此在电路中引入了不定态，对整个电路带来了风险。虽然改版后也进行了仿真，但不论是前仿还是后仿都没有暴露出问题。可芯片上电后还是发生了失效，如果将MOS四端都接地可能会避免失效。笔者还是很疑惑为什么某一模块中引入的不定态，会对整个系统带来如此大的损害，甚至能让电源地直接短路。



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