先说结论
不发光也不发热,先判断是不是开路。这是常见的原因,也是容易被忽略的分叉点。开路失效通电后没有电流,光子发射与热辐射都失去来源,EMMI 与 Thermal EMMI 必然一片空白。这类问题要回到结构检测:2D X-Ray、工业 CT、C-SAM。结构显示正常而电性依然异常时,才进入电性定位与激光扫描环节。
一、先分清三种"没有信号"
同样是"扫不到异常",背后的原因完全不同,处理方式也完全不同:
现象 | 本质 | 该往哪走 |
通电后电流极小或为零 | 开路:电流通路已断开 | 结构检测,找断点 |
电流正常、完全无发光无热斑 | 缺陷不产生可探测信号,或信号低于检出能力 | 改激光扫描,或换波长/背面分析 |
电流异常、时有时无 | 间歇性失效,实验室未复现 | 先做应力复现,再定位 |
**步要做的不是换设备,是看电流。这一步用 IV 曲线仪与探针台就能完成,成本低,却区分了后面三条完全不同的路径。
二、为什么开路失效什么都看不到
EMMI 探测的是载流子复合产生的光子,Thermal EMMI 探测的是电流通过电阻产生的焦耳热。两者都以"有电流通过异常位置"为前提。
键合线断裂、焊点脱开、金属层断开之后,电流路径消失,异常位置既没有复合发光,也没有局部发热。此时整片芯片通电,电流可能小到只有微安甚***为零,相机积分再久也积累不到信号。
这不是设备能力问题,是物理前提不成立。继续在同一台设备上增加积分时间或更换物镜,不会有结果。
三、按失效特征选路径
电性表现 | 结构检测怎么看 | 若结构正常,下一步 |
某引脚完全开路,其余引脚正常 | 2D X-Ray 看该引脚键合线与焊点;CT 看三维走向 | EFA 精测开路位置(飞针/探针),必要时 FIB 定点切面 |
多引脚同时开路 | 优先怀疑封装、共地结构、外部连接 | 检查样品夹具与测试条件,排除误判 |
电流异常但无结构缺陷 | CT 与 C-SAM 确认结构完好 | OBIRCH 激光扫描找高阻点;C-AFM 做纳米级定位 |
参数漂移、功能异常、电流正常 | 结构通常正常 | EFA 参数测试 → 定位 → 物性分析 |
电流异常且局部温升极弱 | Thermal EMMI 可能仍能看到弱热斑 | 提高电流、延长积分;或改 OBIRCH |
时好时坏,实验室不复现 | — | 温度/电压/时序应力复现,复现后再定位 |
第三行是这次要重点说的情形:结构完好、电性异常、但没有发光也没有明显热斑。这类问题容易被判成"查不出来",实际上应改走激光扫描路径。
四、OBIRCH 为什么能补上这个空档
OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change)用激光扫描样品表面。激光照射到缺陷处时,局部温度升高引起电阻变化;若器件处于恒流或恒压偏置状态,电流或电压会出现可测的微小变化,由此成像出缺陷位置。
它的优势正好覆盖 EMMI 的盲区:
- 不依赖发光。 金属互连的高阻缺陷、通孔异常、金属层微裂纹,往往不发光,但激光扫描能捕捉到电阻变化。
- 不依赖明显发热。 低功耗缺陷的温升可能低于热像检出能力,OBIRCH 仍可响应。
- 对金属层敏感。 这是 EMMI 容易被遮挡与漏检的区域。
局限也很明确:扫描范围受物镜与行程限制,全程扫描耗时长;需要合适的偏置条件,偏置设置不当会没有信号;对封装内部深处的缺陷无能为力,仍需配合开盖或背面分析。
五、什么时候该换方法,而不是加时间
一个常见的浪费是"扫不出就继续扫"。出现下面四种情况时,应停止当前方法,改换路径:
- 确认开路。 电流接近零。任何以电流为前提的方法都不会有结果,立刻转结构检测。
- 已开盖、正面扫描无信号。 可能是金属层遮挡,改背面分析(需减薄衬底)或改 OBIRCH。
- 长时间积分仍无信号,且电流正常。 缺陷可能属于不发光类型,改激光扫描。
- 多次测试结果不一致。 属于间歇性问题,先解决复现,再谈定位。
判断依据是电流数据,不是扫描时长。
六、一个完整的判断顺序
- 电性测试:逐引脚测 IV 曲线,与良品对比,标出异常引脚与异常性质。
- 确认样品状态:是否通电、偏置是否正确、夹具接触是否可靠。这一步排除"假失效"。
- 非破坏性结构检测:2D X-Ray 看焊点与键合,CT 看三维结构,C-SAM 看界面。
- 按第三节的表选择定位方法:发光型走 EMMI,发热型走 Thermal,金属互连型走 OBIRCH,介质层单点走 C-AFM。
- 定位后做物性确认:FIB 定点切割 + SEM-EDS,必要时 TEM。
- 判读与归因:把位置、形貌、元素三类信息合成机理判断。
这套顺序的核心是每一步都在缩小范围,而不是一开始就上贵的设备。
七、什么情况下会得出"无法定位"的结论
这种情况确实存在,报告里应当写明原因,而不是含糊带过:
- 失效现场已被破坏。 样品经过自行开盖、返修、过度通电或清洗,关键证据缺失。
- 间歇性失效始终未复现。 实验室条件下无法触发,只能给出建议的复现条件与后续方案。
- 缺陷位于封装内部深处且密度对比不足。 现有手段的分辨率与穿透能力无法同时满足。
- 失效为批次性问题而非单件问题。 单件分析的信息量不足以判断分布,需要扩大样本。
出现**种情形时,结论范围要如实收窄,不能为了给结论而推测。
八、微谱仪器测试平台为什么能减少"查不出来"
微谱是综合性第三方检验检测机构,提供分析测试、检测评价、研发等服务;微谱仪器测试平台承担其中的半导体与电子元器件测试。
"查不出来"多数不是能力问题,而是方法路径选错或设备不全。以下是平台在这一点上的三个实际差别。
一是设备成组,不必二选一。 光子发射(EMMI,InGaAs)、热辐射(Thermal EMMI,InSb,温度灵敏度 <1 mK、检测***小功率 1 μW)、激光扫描(OBIRCH)、导电原子力(C-AFM)都在同一平台内。如果只有 EMMI,遇到不发光也不发热的缺陷就只能得出"查不到"的结论;设备成组之后,可以按第三节和第六节的判断顺序逐层排除,而不是换机构重来一遍。
二是前后环节打通。 定位之前有电性失效分析(IV 曲线仪、探针台、示波器、LCR、绝缘电阻测试仪)确认异常性质;结构环节有 2D X-Ray、工业 CT(空间分辨率 0.5 μm)、C-SAM、金相显微镜;定位之后有 FIB 定点切割与 SEM-EDS、TEM 观察。整条链路在一个体系内,样品不必跨机构转运,状态不会被改变,分析过程中的新发现也能立刻转入对应环节。
三是中间结果不会丢。 定位阶段没找到信号,那一轮的偏置条件、扫描参数、原始图像都在记录里;后续改方法或扩大样本时,工程师可以从上一轮的结论接着往下走,而不必重新交代整个背景。周期性失效、批次性问题尤其需要这种连续性——单次分析往往给不出结论,但三次分析的记录叠起来,常常能看出规律。
此外,平台还能承接材料表征、洁净度与污染物测试(晶圆表金属、表面阴阳离子、AMC)、可靠性测试(HTRB、HTGB、HAST、功率循环)等方向。对同一个客户,器件失效、来料纯度、可靠性验证三类问题可以衔接,不必分散到多家机构。
微谱在 30+ 城市设有分子公司、60+ 专业实验室,每年出具超过 45 万份技术报告。具体项目是否在 CMA 资质认定能力范围内、报告是否标注 CMA 标志,委托前可逐项核对。
九、常见问题
EMMI 已经扫过没有信号,还要再扫一次吗?不建议直接重扫。先看电流数据:如果接近开路,重扫不会有结果;如果电流正常,应改 OBIRCH 或做背面分析。相同条件下重复扫描只会重复同一结果。
OBIRCH 和 EMMI 能同时做吗?可以,实际分析中常按顺序做。先 EMMI 找发光点,找不到再上 OBIRCH。两者对同一样品的偏置条件要求不同,方案阶段会分别设置。
结构检测都正常,说明芯片没问题吗?不能这样判断。X-Ray、CT、C-SAM 看到的是结构与密度差异,看不到电学行为。结构正常而功能异常,恰恰说明问题在芯片内部或界面,需要进入电性定位与物性分析。
这种"查不出来"的情况多吗?取决于样品状态与问题类型。开路、间歇性失效、现场被破坏这三类是主要来源。委托前把失效现象、失效比例、使用条件说清楚,能显著减少无效分析。
整个分析要多久?失效分析项目周期为 3-10 个工作日,自样品到达实验室并确认检测方案之日起算;具体以样品数量、检测项目与方法复杂度,经工程师评估后的方案与报价为准。加急需求在方案确认阶段提出,由工程师结合设备排期与项目可行性协商确定,能否加急及具体时限以书面确认为准。
要不要先提供良品?建议提供。有良品对照,才能判断"哪个引脚异常""差异在哪个位置";没有良品时,分析只能描述失效品本身的状态,结论范围明显收窄。
