中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
案例一：
1 产 品 名 称：单片机 MD87C51/B
2 商标：Intel
3 分 析 依 据：MIL-STD-883E 微电子器件试验方法和程序 微电路的失效分析程序
MIL-STD-883E 方法 2010 内部目检（单片电路）
4 样品数量及编号：失效样品 1＃～6＃，良品 7＃～12＃ 5 样品概述及失效背景：MD87C51/B 是一高速 CMOS 单片机。委托方一共提供四种批次的此
类样品。1＃、5＃、10＃、11＃、12＃属 9724 批次，其中 1＃样品已做过二次筛选和环境
应力试验，是在整机测试过程中失效，5＃样品在第一次通电工作不正常，须断电后重新通 电可以正常工作，10＃～12＃样品是良品；2＃、3＃、4＃样品属 9731 批次，这三个样品
在第一次上机时便无法写入程序，多次长时间擦除，内容显示为空，但仍不能写入；6＃样
品属 9931 批次，失效情况同 5＃样品；7＃～9＃样品属 9713 批次，为良品。
6 分析仪器
序 号 仪器、设备名称 型 号 编 号
1 立体显微镜 LEICA ZM6 011701145
2 金相显微镜 OPTIPHOT200 011701120
3 图示仪 TYPE576 B349533
| 仪 | | 4 数字式示波器 TDS3012 B018857 |
| | | |
5 内部气氛分析仪 IVA110S 011701141
器
设
6 静电放电测试系统 ZAPMASTER7/2 470501389 备
7 等离子刻蚀仪 ES 371 011701174
8 程控直流电源 Agilent 6633B 660105754
9 波形发生器 AFG320 610106387
10 电子扫描电镜（SEM） XL－30FEG 011701122
11 串行编程器 Superpro/580 730103920
7 分析过程
1）样品外观分析：1＃～6＃进行外目检均未发生异常；
2）编程器读写试验：能对坏品进行内部程序存储器读取，但无法完成写操作，良品读写操
作均正常；
3）内部水汽含量测试：应委托方要求，8＃与 12＃样品进行内部水汽含量测试，结果符合
要求；
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
4）端口 I－V 特性测试：使用静电放电测试系统剩下的样品进行 I－V 端口扫描测试，发现：
4＃样品的 Pin3、Pin4、Pin5、Pin7 对地呈现明显的电阻特性，使用图示仪测试后测得 Pin3 对地呈现约 660Ω阻值、Pin4 与 Pin5 对地呈现约 300Ω阻值、Pin7 对地呈现约 140
| Ω阻值，且在 1＃与 4＃样品的 Pin31（ | | ___ EA /Vpp）发现特性曲线异常，但并非每次都能 |
| | | |
出现；其他样品的管脚未发现明显异常；
5）开封和内部分析：对 1＃～5＃样品进行开封，内目检时发现：
芯片的铝键合丝与键合台以外相邻的金属化层（有钝化层覆盖）存在跨接现象。在拉 断铝丝后，可见到铝丝通过超声键合已粘接在相邻的地连线或膜电阻上，并粘附着铝丝被 粘连的铝屑见图 人工膜肺2～图 4。拉断铝丝后均能观察到键合台邻近的工作金属线或膜电阻上存在
铝丝残存的碎屑，说明铝丝存在键合跨接。
统计发现，在3＃与4＃样品中，每只样品的40 个键合台均有27 个存在铝丝键合
与其相连的工作金属化铝连线（地线或膜电阻）跨接粘连的问题。
| 对 1＃～4＃样品用稀盐酸进行腐蚀后再观察发现，2＃样品的 Pin31（ | | ___ EA /Vpp）的键 |
| | | |
合台存在明显裂痕（见图5），在键合台以外的区域以及靠近该键合台的金属化层被跨接粘
连处，金属化铝连线上的钝化层已存在破裂，被跨接的膜电阻不但其表面的钝化层破裂，
而且膜电阻也已凹陷和破裂。图6 是被粘连处的金属化地线和膜电阻凹陷和破裂的SEM 照
片。
8 综合分析：根据以上分析的结果，铝丝键合点已经与不应该与之相连的覆盖有钝化层的
工作金属层或膜电阻跨接粘连，在翻开或拉断铝丝后，可见到铝丝通过超声已粘接在相邻
的工作金属化地连线或膜电阻上。有些粘连处，地连线和膜电阻上的钝化层已经破裂，这
些破裂造成端口对地漏电或短路，电阻条上的破裂和凹陷造成电阻（膜电阻）的电阻值减
小或开路（见图6）。
根据美军标 MIL-STD-883E 方法 旧衣服加工设备2010 3.1.4中医管理系统 玻璃钝化层缺陷 呈现下列情况的器件，
不得接收：（略去其它）g.在膜电阻器上出现裂纹；
根据美军标 MIL-STD-883E 方法 20103.2.1.3 一般情况（金丝球焊、楔形和无尾键合）
从上面观察时呈现下列情况的器件，不得接受：
（略去其他）c.条件 A（S 级）和条件 B（B 级）：除公共导线外，键合尾部延伸到有玻
璃钝化层的金属化层上，而该玻璃钝化层呈现出明显的扩展到尾部下面的裂纹或断裂。
尽管这些键合跨接以及由此引起的损伤，客观存在于整个批次芯片为数众多的键合台
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
处。但由于这些键合跨接以及损伤不一定立刻就会导致芯片短路或者开路，因此很多芯片
不一定在出厂初期就出现失效（例如 1＃样品）。但在通电的情况下，再加上热应力的作用，
在经过一段时间的加电测试之后，跨接粘连处很可能通过已经存在的微裂缝隙，进入钝化
层之下的金属化层，导致漏电发生，更严重的将导致短路，这时就极可能导致器件的致命
失效。内部高潮湿环境将加速这一过程。某些损伤较为严重的，或者损伤已经足够构成芯
片开路或者短路的，在刚开始使用时，就会发生失效。失效样品客流统计系统方案 2＃～4＃就属于这种情况。
而导致损伤发生的最终原因根据观察得到的结果，我们分析认为很可能是在芯片的键合工
序中，键合丝与劈刀的尺寸选择不当，键合点就很容易越出键合台，直接键合到键合台以
外的区域包括一些有钝化层覆盖的工作金属化层上，并在超声应力的作用下损伤这些钝化
层，超声应力产生的热还可能将使部分铝丝渗透进入裂缝。
9 结论
在芯片键合工艺过程中，内引线铝丝键合点与相邻的不应该相连的工作金属化（地线）
或膜电阻跨接，由于超声应力造成与跨接处的表面钝化层产生微损伤甚至裂缝（不符合美
军标 MIL-STD-883E 的要求），在加电情况下，内引线金属透过已经损伤的钝化层与下层金
属或膜电阻之间形成漏电或者短路，造成器件无法写入的失效现象。
vvint
典型分析照片排队长度
图1 2＃样品内部结构图 图2 2＃样品金属化多余物
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议