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新技术丨广电计量成功开发先进封装纳米级电子显微失效分析技术

更新时间:2024-06-11  |  点击率:61
  半导体封装是芯片制造工艺的后道工序,将芯片通过可塑性绝缘介质灌封固定,以免受潜在的外部危险和腐蚀影响。近年来,为提升集成系统密度和功能,满足电子设备薄型化和小型化的需求,半导体封装技术正从传统封装向先进封装转型并投入到智能汽车、航天航空、医疗仪器等重点领域使用。这些领域的芯片长期处于复杂工作环境下,其性能必须保持稳定不失效,才能保证电子器件安全运行,确保使用人员的人身安全。因此,为保障使用先进封装技术的芯片性能稳定,广电计量集成电路测试与分析研究所组织科研团队,开展电子显微分析技术在先进封装失效分析中的应用研究。
 
  芯片失效难修复 电子设备易损伤
 
  半导体封装技术是一种将集成电路用绝yi缘材料包装和保护起来的技术,对于芯片来说是必须的,也是至关重要的。一方面,可以隔离芯片电路与外界的接触,以防止安装运输中的外界杂质对电路腐蚀而造成电气性能下降;另一方面,封装后的芯片外观、引脚数量等都实现了标准化,更有利于后续的电气连接。
 
  近年来,由于各领域对电子器件高密度组装小型化、轻型化、薄型化的要求不断提高,在有限的面积内,电子组装只能在二维组装的基础上向三维组装发展,从而发展出倒装芯片结构、圆片级、2.5D/3D等先进封装技术。这些芯片因为采用三维组装手段,精密度更高且面积更小,又被长期应用于高温、低温、受潮、老化等易致失效的工作环境下,其一旦出现性能问题,很大可能难以修复,并对电子设备造成不可逆的损伤。因此,对于这种前沿的封装技术,芯片的失效分析需紧跟技术发展的脚步进行升级,以确保先进封装芯片的可靠性及稳定性。
 
  创新性制样方法 可达纳米级分辨率
 
  先进封装技术中,2.5D/3D封装不光有水平的互连,还包括纵向的堆叠。目前,对电子显微技术在封装中水平互连的失效分析应用研究已比较成熟,但2.5D/3D封装中的纵向深度互连性,以及高集成度下的纳米级超微结构,却给它带来了新的挑战。此外,由于新增了纵向堆叠,如何准确判断芯片出现的是芯片级(Die-level)失效现象,以及做到纳米级的失效点精准定位,也是一个急需解决的难题。因此,科研小组开展相关方法研究,研发出一套先进封装失效分析中的电子显微分析技术。
 
  本技术采用区别于传统方法的离子束局部去层方法,去层精度可达微米级(最高可达0.5 μm),远高于机械研磨的去层精度(现有技术只能达到10μm),为后续显微分析提供了良好的工作环境。然后,创新性地使用“X”型线刻蚀标记法平面转截面制样方法,实现纳米级失效点的精确提取和转移制样,进而结合聚焦离子束技术/透射电子显微镜(FIB/TEM)等先进的电子显微分析技术。最终分析结果分辨率可达到纳米级(最高可达0.1 nm),突破了现有先进封装失效分析技术分辨率低、无法探测到芯片级的微纳米级缺陷点这一难题。目前,本技术已向国家知识产权局申请发明1项,出版著作《聚焦离子束:应用与实践》1本,具备成熟的技术能力。
 
  助力重点领域高质量发展
 
  本技术除解决先进封装失效分析的技术瓶颈问题外,还能把传统封装芯片失效分析结果提升为纳米级别,帮助芯片厂商尽早识别出芯片失效原因,优化测试和生产流程,减少生产成本。本技术可应用于商业航空、低空经济、人工智能、第三代半导体等重点领域,降低芯片失效风险,保障产品设备可靠性及稳定性,为各领域芯片上下游企业提高快速应对市场的能力,及时满足客户需求。
新技术丨广电计量成功开发先进封装纳米级电子显微失效分析技术
集成电路测试与分析研究所
 
  广电计量集成电路测试与分析研究所拥有各类高精尖分析仪器和专业技术团队,以技术带动市场,长期致力于元器件筛选及失效分析技术领域的科研和咨询服务,构建了包括元器件国产化验证与竞品分析、集成电路测试与工艺评价、半导体功率器件质量提升工程、车规级芯片与元器件AEC-Q认证、车规功率模块AQG 324认证等多个技术服务平台,满足装备制造、航空航天、汽车、轨道交通、5G通信、光电器件与传感器等领域的电子产品质量与可靠性的需求,能为客户提供专业化咨询、分析及培训等“一站式”服务,全面提升产品品质。
 
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