浅谈半导体芯片失效分析Analysis of Semiconductor Chip Failure

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失效专业能力分类

元器件5A试验介绍（中英文) ◆PFA （Physical Feature Analysis） 物理特征分析 ◆DPA （Destructive Physical Analysis） 破坏性物理分析 ◆CA （Constructional Analysis） 结构分析 ◆FA （Failure Analysis） 失效分析 ◆EA （Evaluation Analysis） 适用性评价分析   PFA ◆ PFA （Physical Feature Analysis）物理特征分析      针对进口器件采购及使用过程中遇到的仿冒、翻新问题，为验证和鉴别器件的标识、材料、结构、芯片版图和制造质量是否符合原厂规定或工艺特征，通过对采购批抽取器件样本的方式，采用系列试验对器件进行检查和分析，并对识别为非原厂工艺（假冒/后期翻新/改标等）的样品批进行剔除。 ◆ 要素     ● 样品抽样     ● 破坏性试验     ● 针对采购批     ● 原厂特征数据库

◆ 器件仿冒翻新的典型类别

识别类型	主要特征	备注
伪劣器件	原厂芯片、非原厂封装	—
残次器件	内部断丝、无芯片等	—
假冒器件	二线厂家芯片、标识重印	仿制或相似功能替代
拆机翻新片	引脚重镀、重新植球、标识重印	常见陶瓷器件
混批器件	原厂芯片、标识重印、批一致性差	—
质量等级造假器件	原厂芯片（低等级）、标识重印	常见商业级改工业级
伪国产器件	采购进口器件，改标为国产器件	—
走私器件	采购进口新品，装板走私入境后，拆板翻新	—

◆ 典型缺陷

DPA ◆ DPA （ Destructive Physical Analysis ）破坏性物理分析      针对元器件生产批的工艺水平及过程控制水平，以验证元器件的设计、结构、材料和制造质量是否满足有关规范的要求或预定用途为目的，通过生产批抽样的方式，采用一系列方法对元器件进行非破坏性和破坏性的检查和分析，从中获取元器件的批质量信息。 ◆ 要素     ● 样品抽样     ● 破坏性试验     ● 针对工艺过程形成的缺陷     ● 不可筛选缺陷     ● 结果代表生产批质量情况

CA

◆ 概述    元器件的固有可靠性是由元器件的结构设计和生产控制所决定的。     如果生产控制不严，就会导致器件内部存在工艺缺陷，如果不能通过有效手段剔除，也会造成可靠性影响。——DPA剔除     如果结构设计不合理，就会导致元器件的固有可靠性不高，由此带来的问题如果发生在使用阶段，就会给型号任务造成重大影响。      ——结构分析剔除

◆ CA （Constructional Analysis）结构分析

  针对元器件结构设计的潜在隐患，从元器件的设计、工艺选择和评价等阶段先期介入，通过对元器件结构、工艺、材料的综合评价，分析是否存在对于预定使用环境（如宇航应用）的可靠性隐患和潜在失效机理，最终给出元器件设计对于预定使用环境的适用/限用/禁用结论。

◆ 要素

选取典型样品

破坏性试验（横向纵向解剖）

针对结构设计、材料选取、工艺实现原理

结合失效机理和失效分析数据库

结论针对使用环境给出（适用/限用/禁用）

◆流程

关注应用环境 关注设计图纸 关注相同结构特征的失效档案 用户、厂家、检验方确认试验方案 解剖分析试验 综合判定  

◆ 结构单元分解

◆ 结构要素识别

◆ 典型结构设计缺陷

◆ 典型工艺设计缺陷

◆ FA （ Failure Analysis ）失效分析

     针对产品全寿命周期过程中的失效问题，以确定失效原因为目标，通过对失效模式的综合性试验分析，定位失效部位、明确失效机理，并基于失效机理提出纠正措施，预防失效的再发生。作为贯穿型号或产品质量控制全流程的重要环节，失效分析对于追溯产品的设计（含选型）、制造、使用、质量管理等各环节的不良因素或潜在隐患都具有重要的意义。

◆ 要素     ●样品唯一性        ●公正（第三方）            ●失效分析、设计、厂家共同参与               ●试验不可逆                  ●关键过程（方案）

◆ 试验方法

QJ3065.5-98元器件失效分析管理要求 GJB3233-98集成电路失效分析程序方法 GJB4157-98分立器件失效分析方法  

◆ 技术途径

◆电子、材料案

EA

◆ EA （ Evaluation Analysis ）评价分析

     针对低等级或缺陷元器件的高可靠应用，根据器件工艺、结构特点或缺陷隐患，结合实际使用可靠性要求或寿命要求，通过系列试验程序设计，采用专项应力试验或加速试验的方式进行模拟考核，结合相应的检测分析手段给出器件的使用风险评估结论。

要素

母体筛选

抽样（最差样品）

环境特点与敏感因素

专项或加速应力试验

三方风险评估

◆ 试验方法

    基于现有评价标准（合格性结论）；     基于实际环境的应用模拟加速试验（适用性结论）；     现有试验条件进行组合，根据试验结果进行风险评估。

◆ 典型案例

界面疲劳试验（湿热试验、温度循环/冲击）

①按照基于Coffin－Manson模型的温度循环加速因子，

经验公式如下：

②按照修正的Coffin－Manson模型

5A的联系与区别

	PFA	CA	DPA	FA	EA
介入阶段	采购介入	新品设计介入	装机前介入	事故后介入	装机前介入
关注点	原厂工艺特征	设计/ 材料合理性	工艺过程控制	失效机理如何改进	针对实际使用环境的适用性
目的	剔除假冒产品	警示潜在隐患 提供设计指导	剔除批次性工艺缺陷	责任方认定提出改进措施	针对限制条件使用的风险评估
性质	符合性检查	合理性/ 适用性分析	符合性检查	基于失效物理 推理与演绎	评估与评价
技术 支撑/基础	基于 样本库/版图库	基于失效物理	基于标准/设计文件	基于机理/案例库	基于评价标准/加速模型

PCB板检测分析

材料检测分析

元器件应用验证

家电产品可靠性分析

知识产权及司法鉴定

审核编辑 黄宇