点击蓝字 关注我们
在半导体产业链中，从芯片研发验证、晶圆量产封装，到终端整机应用，元器件异常、参数漂移、烧毁失效始终是影响产品良率与可靠性的核心难题。而FA失效分析实验室，就是半导体产品的“专业诊断中心”。
不同于常规质检测试，FA失效分析不止是判断产品“好坏”，更是从失效现象追溯物理机理、锁定根本诱因、输出闭环改善方案的核心技术工作，是半导体品质管控、工艺优化、产品迭代的核心支撑。
01
什么是半导体FA失效分析？
FA（Failure Analysis 失效分析）
FA（Failure Analysis 失效分析），是指当产品、器件或设备在生产测试、可靠性试验或终端使用过程中，出现功能异常、参数超差、性能衰减、损坏、烧毁、报废等失效问题时，通过观察拆解、电性测试、理化分析、显微检测、工艺追溯、仿真验证等技术手段，查找失效现象、定位失效位置、查明失效机理、追溯根本原因的系统性技术分析过程。
02
为什么要做失效分析？
在工业制造、半导体、电子器件和设备生产过程中，产品出现失效是无法完全避免的。如果不对失效产品进行分析，只简单报废、返工或更换，会导致问题反复发生、不良率居高不下、工艺隐患持续存在，甚至出现批量质量事故和客户投诉。因此必须开展失效分析。
主要原因
1
失效不分析，问题无法闭环
只处理不良结果、不查找根本原因，同类失效会反复复现，问题永远得不到根治。
2
区分问题来源，避免盲目整改
产品失效可能来自设计缺陷、原材料异常、工艺波动、设备误差、测试问题、使用工况不当等多种原因，只有通过失效分析才能精准区分真正诱因，杜绝无效整改。
3
预防批量质量风险
个别样品失效往往是批量异常的前兆，及时分析可以提前发现隐性工艺问题，防止大批量不良流出。
4
降低生产成本与质量损失
通过失效分析优化工艺、改善设计、完善管控，可以大幅降低不良率、返工率和报废成本，减少售后赔付和质量损失。
5
保障产品可靠性与使用安全
尤其功率器件、电气设备等产品，一旦失效可能导致停机、短路、烧毁甚至安全事故，失效分析是保障产品稳定、安全运行的重要手段。
03
半导体FA实验室标准分析流程
FA分析遵循先无损、后有损，先电学、后物理，从表象到本质的行业黄金流程，杜绝样品二次损伤，保证分析结果精准，完整流程分为：
第一步
信息收集与失效复现
收集样品基础信息（批次、制程、测试条件、失效场景、工况环境），复现失效现象，确认失效参数与故障特征，排除测试误差、操作失误等假性失效，锁定真实失效模式。
第二步
非破坏性初步检测
全程不损伤样品，完成基础排查，包含外观目视检查、XRay无损探伤、SAT超声波扫描、电性参数复测，初步排查封装开裂、空洞、分层、引脚异常、电性超差等表层问题，缩小故障范围。
第三步
电性精准表征与故障定位
通过精密测试设备，测试器件漏电、耐压、阈值电压、导通压降等核心参数，对比规格书标准，精准定位失效区域、失效引脚、异常电路模块，锁定精准故障点位。
第四步
样品制备与破坏性物理分析
根据定位结果开展精准制样，包含化学开盖、机械研磨、截面抛光、PN结染色、FIB精准切割等操作，完整暴露芯片元胞、PN结、金属布线、终端结构等核心区域。
第五步
微观表征与机理剖析
利用金相显微镜、扫描电镜SEM、能谱EDS等设备，观察失效区域微观形貌，检测材料成分、结构缺陷、结晶异常，还原失效发生的物理、化学过程，确定核心失效机理。
第六步
根因判定与闭环输出
结合工艺、设计、应用场景，最终判定根本失效原因，输出完整FA分析报告，明确改善方案（工艺参数调整、结构优化、管控升级、应用规范调整等），跟踪改善落地效果，实现问题闭环。
04
典型设备分析技术与对应“破案点”
流程之外，设备是FA实验室的“武器库”。下面按分析顺序，逐一介绍典型设备与对应“破案点”。
① 3D OM（三维光学显微镜）
外观、丝印、引脚、塑封裂纹、键合弧高、marking篡改初筛；可做3D拼接量弧高、量裂纹宽度。送样第一道，建立“体外征状”。
实例1
实例2
实例3
② X ray（X光）
不拆封看内部：BGA焊球空洞、QFN焊点虚焊、键合线断裂/偏移/塌丝、芯片裂纹、异物、衬底缺料。BGA空洞率、键合断线、倒装凸点短路首选。
实例1
实例2
实例3
③SAT/C SAM（超声扫描）
水耦合无损，看界面：塑封 Die分层、Die 基板脱粘、引线框架分层、BGA界面空洞、功率模块DBC分层。对吸湿、温循、回流后的界面失效极敏感；X ray看金属结构、SAT看非金属界面，两台互补。
实例1
实例2
实例3
④ B1500A IV（参数源表/I-V/C-V复现）
电性复现核心。做引脚I-V对比、漏电流、PN结特性、Vth、Rds(on)粗评、击穿曲线、多端扫描；配合探针台对开盖后die做局部MOS/二极管/电阻网络曲线。先和良品对照建立“电性指纹”，再决定用EMMI还是OBIRCH。
⑤ Laser Decap（激光开封）
塑封/QFN/部分高密度封装精准露die，相比纯化学开封更可控，可局部开窗保留键合、保留某些焊盘做后续探针+电信号采集。
实例1
实例2
实例3
⑥
Thermal（红外热像/热分布）
上电跑静态偏置，找大电流短路、电源对地点、局部过热、功率器件热斑。空间分辨率不如OBIRCH/EMMI，但快、对非发光短路友好，适合第一轮“哪里最烫”。
实例1
实例2
实例3
⑦ OBIRCH（激光诱导电阻变化）
激光扫通电die，抓互连电阻异常：金属线电迁移/空洞、铝/铜腐蚀高阻、via/contact高阻、金属桥微短、电源网络异常压降。不发光也能查，偏“电阻/热阻”异常；金属层、通孔层问题优先它。
实例1
实例2
实例3
⑧ InGaAs-EMMI（砷化铟镓微光显微镜）
暗场拍通电die的微弱发光：PN结反向漏电、栅氧软击穿、ESD损伤点、latch up强发光、热载流子发光。InGaAs对硅近红外光子更灵敏，软漏电、深层结漏电比普通EMMI更容易抓。出的是“亮点坐标”，后续还要开封/去层/切片确认，不等于根因本身。
实例1
实例2
实例3
⑨RIE（反应离子刻蚀去层）
取die后逐层去钝化、金属、介质看栅极/多晶；去层配合3D OM/SEM定位“哪一层先异常”。对栅氧软漏电、via高阻、金属残留、层间桥接，比直接FIB盲切更不容易切偏；RIE做平面去层+光学显微镜与电子扫描显微镜确认，再决定要不要做截面。
实例1
实例2
实例3
⑩ Ion Milling（离子研磨）
离子研磨仪：把样品“无应力、低损伤”地做成平整截面或平面，供 SEM/EDS 看真实缺陷。A：平面减薄、去损伤层、表面清洁。机械抛光完再低能氩离子扫一遍，去掉划痕、变形层、非晶层，提高 SEM/EBSD/EDS 对比度。B：封装与先进封装截面。BGA/QFN 焊球、bump、micro bump 空洞、IMC 厚度、IMC 异常（Cu-Sn、Ni-Sn 等）；TSV 空洞、侧壁金属、硅通孔与介质界面；RDL 线宽/开窗、flipchip 凸点开裂、underfill 分层；键合点：球焊/楔焊变形、断丝、氧化、未结合；去除机械抛光引入的金属延展伪影；die attach 空洞、银浆/焊料界面、功率模块 AMB/DBC 分层。
实例1
实例2
实例3
05
半导体元器件核心失效机理详解
设备定位之后，最终要落到失效机理。
半导体元器件失效，本质是芯片内部结构、材料、电学状态发生不可逆异常变化，FA实验室高频剖析的核心失效机理主要分为4大类：
电过应力失效（EOS）
最常见的失效机理，因过压、过流、电压尖峰、静电冲击导致。微观特征：芯片局部熔融、金属层烧蚀、PN结击穿碳化、线路熔断；常见诱因：终端工况电压不稳、电路保护缺失、测试应力超标、开关机瞬态冲击。
静电损伤失效（ESD）
半导体芯片结构精密、结层脆弱，极易受静电击穿。微观特征：局部微小击穿坑、结层暗伤、隐性漏电、参数漂移；特点：损伤具有隐蔽性，初期不失效，长期使用后故障爆发，是终端失效的高频诱因。
工艺结构缺陷失效
源于晶圆制造、封装过程的工艺异常，属于产品固有缺陷。微观特征：PN结扩散不均、结深异常、晶圆杂质缺陷、金属布线偏移、封装空洞分层、应力裂纹；表现：批量产品一致性差、良率偏低、重复性参数失调。
环境与可靠性失效
由温度、湿度、长期负载应力导致的老化失效。微观特征：材料氧化、界面分层、疲劳裂纹、载流子迁移率衰减；表现：器件长期工作后性能衰减、漏电增大、耐压下降、寿命缩短。
06
总 结
FA失效分析，从来不是简单的“坏件检测”，而是半导体产业查漏、纠错、优化、迭代的核心技术引擎。
以失效现象为入口，以物理机理为核心，以根因改善为目标，FA实验室通过标准化、精准化的分析流程，解决工艺隐患、弥补设计短板、规避应用风险，持续提升半导体元器件的量产品质与长期可靠性，是半导体品质管控不可或缺的核心环节。
联系我们
若您有相关业务咨询需求，欢迎您在公众号后台回复【业务咨询】，我们将安排专业工程师为您一对一答疑协助。
关于微谱电子半导体事业部
微谱电子半导体事业部，依托于微谱完善的仪器平台及强大的专家团队，为客户提供洁净度测试、材料分析、失效分析、可靠性验证、微纳加工及在线量检测服务，用“芯”守护半导体的质量。
WEIPU
点个在看你最好看