半導(dǎo)體封裝是芯片制造工藝的后道工序，將芯片通過可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定，以免受潛在的外部危險(xiǎn)和腐蝕影響。近年來，為提升集成系統(tǒng)密度和功能，滿足電子設(shè)備薄型化和小型化的需求，半導(dǎo)體封裝技術(shù)正從傳統(tǒng)封裝向先進(jìn)封裝轉(zhuǎn)型并投入到智能汽車、航天航空、醫(yī)療儀器等重點(diǎn)領(lǐng)域使用。這些領(lǐng)域的芯片長期處于復(fù)雜工作環(huán)境下，其性能必須保持穩(wěn)定不失效，才能保證電子器件安全運(yùn)行，確保使用人員的人身安全。因此，為保障使用先進(jìn)封裝技術(shù)的芯片性能穩(wěn)定，廣電計(jì)量集成電路測(cè)試與分析研究所組織科研團(tuán)隊(duì)，開展電子顯微分析技術(shù)在先進(jìn)封裝失效分析中的應(yīng)用研究。
 

　　芯片失效難修復(fù) 電子設(shè)備易損傷
 

　　半導(dǎo)體封裝技術(shù)是一種將集成電路用絕yi緣材料包裝和保護(hù)起來的技術(shù)，對(duì)于芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。一方面，可以隔離芯片電路與外界的接觸，以防止安裝運(yùn)輸中的外界雜質(zhì)對(duì)電路腐蝕而造成電氣性能下降；另一方面，封裝后的芯片外觀、引腳數(shù)量等都實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，更有利于后續(xù)的電氣連接。
 

　　近年來，由于各領(lǐng)域?qū)﹄娮悠骷呙芏冉M裝小型化、輕型化、薄型化的要求不斷提高，在有限的面積內(nèi)，電子組裝只能在二維組裝的基礎(chǔ)上向三維組裝發(fā)展，從而發(fā)展出倒裝芯片結(jié)構(gòu)、圓片級(jí)、2.5D/3D等先進(jìn)封裝技術(shù)。這些芯片因?yàn)椴捎萌S組裝手段，精密度更高且面積更小，又被長期應(yīng)用于高溫、低溫、受潮、老化等易致失效的工作環(huán)境下，其一旦出現(xiàn)性能問題，很大可能難以修復(fù)，并對(duì)電子設(shè)備造成不可逆的損傷。因此，對(duì)于這種前沿的封裝技術(shù)，芯片的失效分析需緊跟技術(shù)發(fā)展的腳步進(jìn)行升級(jí)，以確保先進(jìn)封裝芯片的可靠性及穩(wěn)定性。
 

　　創(chuàng)新性制樣方法 可達(dá)納米級(jí)分辨率
 

　　先進(jìn)封裝技術(shù)中，2.5D/3D封裝不光有水平的互連，還包括縱向的堆疊。目前，對(duì)電子顯微技術(shù)在封裝中水平互連的失效分析應(yīng)用研究已比較成熟，但2.5D/3D封裝中的縱向深度互連性，以及高集成度下的納米級(jí)超微結(jié)構(gòu)，卻給它帶來了新的挑戰(zhàn)。此外，由于新增了縱向堆疊，如何準(zhǔn)確判斷芯片出現(xiàn)的是芯片級(jí)(Die-level)失效現(xiàn)象，以及做到納米級(jí)的失效點(diǎn)精準(zhǔn)定位，也是一個(gè)急需解決的難題。因此，科研小組開展相關(guān)方法研究，研發(fā)出一套先進(jìn)封裝失效分析中的電子顯微分析技術(shù)。
 

　　本技術(shù)采用區(qū)別于傳統(tǒng)方法的離子束局部去層方法，去層精度可達(dá)微米級(jí)(最高可達(dá)0.5 μm)，遠(yuǎn)高于機(jī)械研磨的去層精度(現(xiàn)有技術(shù)只能達(dá)到10μm)，為后續(xù)顯微分析提供了良好的工作環(huán)境。然后，創(chuàng)新性地使用“X”型線刻蝕標(biāo)記法平面轉(zhuǎn)截面制樣方法，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)失效點(diǎn)的精確提取和轉(zhuǎn)移制樣，進(jìn)而結(jié)合聚焦離子束技術(shù)/透射電子顯微鏡(FIB/TEM)等先進(jìn)的電子顯微分析技術(shù)。最終分析結(jié)果分辨率可達(dá)到納米級(jí)(最高可達(dá)0.1 nm)，突破了現(xiàn)有先進(jìn)封裝失效分析技術(shù)分辨率低、無法探測(cè)到芯片級(jí)的微納米級(jí)缺陷點(diǎn)這一難題。目前，本技術(shù)已向國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)發(fā)明1項(xiàng)，出版著作《聚焦離子束：應(yīng)用與實(shí)踐》1本，具備成熟的技術(shù)能力。
 

　　助力重點(diǎn)領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展
 

　　本技術(shù)除解決先進(jìn)封裝失效分析的技術(shù)瓶頸問題外，還能把傳統(tǒng)封裝芯片失效分析結(jié)果提升為納米級(jí)別，幫助芯片廠商盡早識(shí)別出芯片失效原因，優(yōu)化測(cè)試和生產(chǎn)流程，減少生產(chǎn)成本。本技術(shù)可應(yīng)用于商業(yè)航空、低空經(jīng)濟(jì)、人工智能、第三代半導(dǎo)體等重點(diǎn)領(lǐng)域，降低芯片失效風(fēng)險(xiǎn)，保障產(chǎn)品設(shè)備可靠性及穩(wěn)定性，為各領(lǐng)域芯片上下游企業(yè)提高快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的能力，及時(shí)滿足客戶需求。

集成電路測(cè)試與分析研究所
 

　　廣電計(jì)量集成電路測(cè)試與分析研究所擁有各類高精尖分析儀器和專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，以技術(shù)帶動(dòng)市場(chǎng)，長期致力于元器件篩選及失效分析技術(shù)領(lǐng)域的科研和咨詢服務(wù)，構(gòu)建了包括元器件國產(chǎn)化驗(yàn)證與競(jìng)品分析、集成電路測(cè)試與工藝評(píng)價(jià)、半導(dǎo)體功率器件質(zhì)量提升工程、車規(guī)級(jí)芯片與元器件AEC-Q認(rèn)證、車規(guī)功率模塊AQG 324認(rèn)證等多個(gè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，滿足裝備制造、航空航天、汽車、軌道交通、5G通信、光電器件與傳感器等領(lǐng)域的電子產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的需求，能為客戶提供專業(yè)化咨詢、分析及培訓(xùn)等“一站式”服務(wù)，全面提升產(chǎn)品品質(zhì)。