Page 33 - 无损检测2025年第二期

李登科，等：
基于声学显微 C 扫描检测技术的倒装集成电路失效分析

换能器的焦距为12 mm，轴向分辨率为30 μm，横向 高，器件声扫图像清晰度明显提升；相同频率下，芯
分辨率为 10 μm；100 MHz换能器的焦距为 8 mm， 片厚度增加时，需提高放大器的增益来保证成像质
轴向分辨率为15 μm，横向分辨率为5 μm。不同厚 量；同一厚度的芯片，随着频率的增加，换能器的焦
度（200，500，800 μm）的芯片在不同频率换能器下 距和景深相应缩短，如果器件的待测范围较大会导
的声学扫描图像如图2所示，其扫描范围（长×宽， 致成像不完全，而且高频声波传输中的衰减程度更
下同）分别为 15 mm×15 mm，20 mm×15 mm 和 大，为了保证图片成像效果同样需要提高放大器增
20 mm×20 mm，不同扫描频率对应的放大器增益已 益。因此，在用声学扫描显微镜对元器件进行失效
在图中标出。由图2可以发现， 随着换能器频率的提 分析时，应选择合适的换能器频率以保证成像质量。

图 2 不同厚度的芯片在不同频率换能器下的声学扫描图像
2 倒装集成电路失效分析 引脚对地电压在-1. 6~1. 6 mV间呈现典型的电阻
特性，通过计算可得其电阻约为1. 6 Ω，表明供电引
笔者以某型超大规模倒装集成电路为例，研
脚对地呈现短路状态。
究了声学扫描技术在倒装集成电路失效分析中
器件外观、超声扫描图像及失效机理如图4所
的应用。
示。由器件的背面外观可以发现BGA焊球分布
2.1 底充胶分层
均匀，未出现明显的黏连现象，初步排除外焊点
某型倒装集成电路装配至电路板后，在板测
试时发现其供电引脚V CCINT 对地短路，将器件从 熔融短接造成短路的可能。为了进一步确定该器
件的失效机理，首先去除其表面的散热金属盖板。

电路板上拆下后使用Keithley 4 200-SCS型源表
图 4（b）为去除盖板后器件的正面外观图，发现芯
对其供电引脚和地线进行测试，不同电压范围内
器件V CCINT 与地的电流-电压曲线如图 3 所示。测 片表面涂有一层灰白色的热沉。为消除热沉的影
试电压为-1~1 V，步长为 0. 01 V，限制电流为 响，使用有机清洗剂将芯片表面的热沉去除后再进
1 mA，测试结果如图 3（a）所示，可以发现除了在 行后续测试。芯片下的底充胶层缺陷是引起器件功
零点附近，供电引脚对地电流大小基本维持在限制 能失效的一个重要因素 [9-10] ，为了分析器件的失效原
电流左右，疑似为短路现象；进一步减小电压测试 因，使用声学C扫描技术进行检测，扫描对象为芯片
范围至-5~5 mV，步长改为0. 1 mV，限制电流为 下的底充胶层，换能器频率为50 MHz，扫描范围为
1 mA，测试结果如图3（b）所示，可以发现器件供电 20 mm×20 mm，放大器增益为15 dB，得到的扫描
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2025 年 第 47 卷 第 2 期
无损检测