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
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。
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) 。
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