首頁 Flip Chip QFN晶片異常點如何找

Flip Chip QFN晶片異常點如何找

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Flip Chip QFN晶片異常點如何找

by ruby

發佈日期:2021/11/2Flip chip QFN
發佈單位:iST宜特

FCQFN電源IC發生異常,該如何妥善運用失效分析工具,速找異常點?

Quad Flat No leads(以下簡稱QFN)封裝型式,因不必從四側引出接腳(Leads),因此擁有體積小、成本低、散熱佳等優點,因此封測業近年爭相往QFN發展,來自於晶片設計逐步朝向高運算化、小型化邁進。從IC類別來看,包括高速傳輸IC、電源管理晶片、Wi-Fi晶片都是用於QFN技術,主要運用在穿戴式裝置、手持式裝置,甚至電動車,都可以見到QFN的蹤跡。

那什麼是FCQFN? 全稱為Flip Chip  QFN,也就是倒晶封裝的QFN。FCQFN的電氣路徑較一般QFN短,且可讓高頻衰減較小、信號快速上升,提供了更好的電氣性能,提供了更好的電氣性能,因此成為了當前更先進的封裝形式。

Flip chip QFN

Flip chip QFN

圖一: FCQFN結構示意圖

然而,QFN封裝形式,因無Leads設計,較難從外觀的銲錫點來判斷銲錫狀況,將產生焊接品質的疑慮;甚且,FCQFN是用銅柱與接錫,取代傳統QFN的封裝打線,結構也較傳統QFN複雜,進而更增加了焊接Crack等可靠度的風險。

那要如何正確找到FCQFN電源IC異常點呢?。本期小學堂將分享,宜特如何運用五步驟,抽絲剝繭,讓失效位置無所遁形,快速協助客戶找到產品異常點。

Flip chip QFN

圖二:宜特運用五步驟,讓FCQFN失效位置無所遁形。

  • 第一步驟 : I-V電特性量測

    藉由I-V電特性量測(I-V Curve) 確認IC是否有電性異常(Open/Short/Leak/HR)

  • 第二步驟 : 2D X-Ray檢視

    當確認有電性異常後,接著,藉由2D X-Ray檢視,確認封裝結構是否有異常。而此封裝結構圖,也將用於後續亮點疊圖確認位置。

  • 第三步驟 : Thermal EMMI定位亮點

    在不破壞樣品的原貌下,可利用Thermal EMMI (InSb)故障點熱輻射傳導的相位差,定位亮點位置,並與第二步驟所拍攝出2D X-Ray結構圖進行疊圖,即可確認異常位置(參見圖三)。

    值得一提的是,Thermal EMMI亦可偵測IC封裝的故障點深度,設備功能以Phase數值呈現。本案例的施作正常die端亮點Phase值為77.1,而異常亮點條件Phase值為78.5,因異常條件Phase值與正常die端亮點Phase值相當接近,故可假設,異常位置可能會是在銅柱接die端這一側有問題 而非銅柱接lead端。

    圖三: 另用Thermal EMMI定位亮點位置(左圖),並與2D X-ray進行疊圖(右圖),找出可能的異常點位置。

  • 第四步驟 : 3D X-Ray斷層分析

    為了確認其假設是對的,宜特實驗室進一步藉由3D X-ray(圖四)針對異常位置進行斷層分析,將內部結構逐一切割,顯現各層不同深度,先找出異常點在晶片的那一層。

    圖四: 藉由3D X-ray進行斷層分析,找出異常點是在哪一層。

  • 第五步驟 : X-S與SEM切片確認異常位置

    第四步驟確認了晶片異常點位在哪一層,但確切位置到底在哪兒? 於是,在第五步驟裡,宜特實驗室從側面研磨進異常位置,再使用SEM掃描式電子顯微鏡檢視異常,最終抽絲剝繭,果真在銅柱接die端這一側找到裂縫(Crack)異常點(圖五)。

    圖五: SEM檢視,找到銅柱接die端有裂縫(crack) 。

本文與長久以來支持宜特的您,分享經驗,若您任何IC異常狀況不知如何分析,或是對相關知識想要更進一步了解細節,歡迎洽詢+886-3-579-9909 分機6794江先生│Email: web_ise@istgroup.com