【博主簡(jiǎn)介】本人系一名半導(dǎo)體行業(yè)質(zhì)量管理從業(yè)者，旨在業(yè)余時(shí)間不定期的分享半導(dǎo)體行業(yè)中的：產(chǎn)品質(zhì)量、失效分析、可靠性分析和產(chǎn)品基礎(chǔ)應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)。常言：真知不問(wèn)出處，所分享的內(nèi)容如有雷同或是不當(dāng)之處，還請(qǐng)大家海涵，如有需要可留意文末聯(lián)系方式，當(dāng)前在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上均以“愛(ài)在七夕時(shí)”的昵稱為ID跟大家一起交流學(xué)習(xí)！

相信在半導(dǎo)體封裝工序工作的朋友，肯定對(duì)“芯片裂紋”（也有的叫芯片開(kāi)裂或是裸片裂紋）這種非常典型的失效模式并不陌生。隨著集成電路（IC）技術(shù)的發(fā)展，芯片尺寸不斷縮小，厚度持續(xù)降低。這在提升單位晶圓產(chǎn)出、降低封裝高度的同時(shí)，也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。硅片的易碎特性使其在組裝和測(cè)試過(guò)程中，即便受到中等強(qiáng)度的應(yīng)力，也可能發(fā)生開(kāi)裂。

而且更讓人疑惑的是：DB、WB和Molding乃至后面的Final Test都沒(méi)啥問(wèn)題，Test Yield也可能會(huì)達(dá)標(biāo)。但是，一經(jīng)過(guò)可靠性的高低溫循環(huán)測(cè)試，突然就可能有比較大量的芯片失效，拆開(kāi)塑封料一看，硅片上全是從邊緣延伸的裂紋。這種 “電測(cè)看不破，循環(huán)現(xiàn)原形” 的缺陷，堪稱封裝環(huán)節(jié)的 “隱形殺手”，也是一種導(dǎo)致災(zāi)難性的產(chǎn)品失效，每年能給行業(yè)造成的損失超十幾億，甚至更多。

所以，本章節(jié)想要跟大家分享的就是芯片封裝中典型失效之一的“芯片裂紋”模式。會(huì)從硅芯片的 “先天脆弱性” 入手，拆解裂紋產(chǎn)生的工藝誘因、檢測(cè)難點(diǎn)，再給出行之有效的工藝改進(jìn)方案等等。

一、芯片裂紋的定義

芯片裂紋，英文常常稱作：Die Crack，中文定義也可稱作：裸片裂紋或是芯片開(kāi)裂。它是指在半導(dǎo)體集成電路封裝過(guò)程中或使用過(guò)程中，芯片表面或內(nèi)部產(chǎn)生的開(kāi)裂（裂紋）的一種現(xiàn)象。

二、芯片裂紋（Die Crack）的分類

當(dāng)前按開(kāi)裂（裂紋）方向去定義的話，主要分為以下兩大類：

1、垂直方向裂紋

起源于芯片背面，通常由芯片彎曲，導(dǎo)致其背面受到拉伸應(yīng)力而產(chǎn)生。裂紋從背面缺陷處（如研磨劃痕）開(kāi)始，并向芯片表面擴(kuò)展。這種模式需要較大的應(yīng)力才能觸發(fā)。

2、水平/邊緣裂紋

多由晶圓切片過(guò)程中形成的邊緣缺陷引發(fā)，裂紋從邊緣向芯片內(nèi)部擴(kuò)展，常見(jiàn)于倒裝芯片（PBA）封裝中，也是較為常見(jiàn)的模式。

三、芯片裂紋（Die Crack）產(chǎn)生的原因

芯片裂紋（Die Crack）的根源，首先在于硅本身的 “材質(zhì)特性”—— 咱們常說(shuō)單晶硅是 “硬而脆” 的典型，這可不是隨口說(shuō)的，而是由它的晶體結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能決定的。

1、芯片裂紋（Die Crack）的失效機(jī)理

從晶體結(jié)構(gòu)來(lái)看，單晶硅是金剛石型面心立方結(jié)構(gòu)，原子間通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合，這種結(jié)構(gòu)讓它硬度極高（莫氏硬度 7，僅次于藍(lán)寶石），但也導(dǎo)致它 “缺乏塑性”—— 一旦受到外力或應(yīng)力，原子沒(méi)辦法通過(guò)滑移來(lái)緩解，只能在應(yīng)力集中處形成裂紋，而且裂紋會(huì)沿著原子結(jié)合力較弱的 “解理面”（比如 {111} 晶面）快速擴(kuò)展，最后導(dǎo)致脆斷。就像玻璃一樣，哪怕只是表面有個(gè)微小劃痕，稍微受力就會(huì)碎。

從力學(xué)性能來(lái)看，硅的關(guān)鍵指標(biāo) “斷裂韌性（KIC）” 極低，僅 0.7-1.0 MPa?m^1/2，而金屬銅的斷裂韌性是它的 50 倍以上。這意味著，硅芯片只要表面存在微米級(jí)的微裂紋（比如減薄后留下的 1μm 劃痕），在很小的應(yīng)力（比如 100MPa）作用下，裂紋就會(huì)瞬間擴(kuò)展。更麻煩的是，硅的熱膨脹系數(shù)（CTE）僅 3.5×10^-6/℃，和封裝里的環(huán)氧塑封料（12-18×10^-6/℃）、引線框架銅（17×10^-6/℃）差異巨大，溫度變化時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，會(huì)成為裂紋擴(kuò)展的 “助推器”。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，因?yàn)镮C 裸芯片的制造原料通常均為單晶硅，因?yàn)樘厥馓匦?，在遭受外力作用或表面存在瑕疵時(shí)，極容易出現(xiàn)破裂情況。在晶圓減薄、晶圓切割、芯片貼裝和引線鍵合等一系列需要施加應(yīng)力的工藝操作過(guò)程中，芯片開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)大幅增加，這一問(wèn)題已成為致使 IC 封裝失效的重要因素之一。

若芯片裂紋（Die Crack）未蔓延至引線區(qū)域，通過(guò)常規(guī)手段很難發(fā)現(xiàn)；更有部分存在裂紋的芯片，在常規(guī)工藝檢查與電學(xué)性能檢測(cè)時(shí)，其性能表現(xiàn)與正常芯片并無(wú)明顯差異，使得裂紋問(wèn)題極易被忽略。然而，這些隱藏的裂紋會(huì)對(duì)封裝后器件的穩(wěn)定性與使用壽命造成嚴(yán)重威脅。由于常規(guī)電學(xué)性能測(cè)試無(wú)法有效識(shí)別芯片裂紋（Die Crack），因此需要借助高低溫?zé)嵫h(huán)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。在加熱和冷卻交替過(guò)程中，材料間產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)促使裂紋逐步擴(kuò)展，直至芯片徹底破裂，最終在電學(xué)性能上呈現(xiàn)出異常狀態(tài)。

鑒于外部應(yīng)力是引發(fā)芯片裂紋（Die Crack）的主因，一旦檢測(cè)到芯片存在裂紋，就必須立即對(duì)芯片封裝的工藝流程和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最大程度減少工藝環(huán)節(jié)對(duì)芯片產(chǎn)生的應(yīng)力影響。例如，在晶圓減薄工序中，采用更為精細(xì)的加工方式，提高芯片表面的平整度，以此消除潛在應(yīng)力；晶圓切割時(shí)，運(yùn)用激光切割技術(shù)替代傳統(tǒng)方法，降低切割過(guò)程對(duì)芯片表面造成的應(yīng)力損傷；在引線鍵合環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)調(diào)控鍵合溫度和壓力參數(shù)，確保鍵合過(guò)程平穩(wěn)安全。

因此，硅芯片表面不能有瑕疵，也經(jīng)不起劇烈的溫度變化 —— 這是它容易開(kāi)裂的先天因素，也是我們后續(xù)工藝控制的核心依據(jù)。

2、芯片裂紋（Die Crack）的影響

芯片裂紋（Die Crack）的失效模式多種多樣，所以，失效的影響也各有不同，主要包括：

a.電性能失效

當(dāng)裂紋穿過(guò)結(jié)區(qū)時(shí)，可能導(dǎo)致短路或者漏電，這是最常見(jiàn)的失效表現(xiàn)。例如在表面貼裝MOSFET產(chǎn)品中，經(jīng)過(guò)SMT工藝后發(fā)現(xiàn)的D、S間漏電和短路現(xiàn)象，超過(guò)50%的失效比例都是由芯片內(nèi)部裂紋引起的。

b.電路中斷失效

裂紋也可能全部或者部分截?cái)嚯娐?，造成器件功能完全喪失?/p>

c.潛在性失效

最為致命的是，裂紋引起的這些效應(yīng)只有當(dāng)有熱或者電流通過(guò)時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)，而標(biāo)準(zhǔn)的電性能測(cè)試則根本無(wú)法檢測(cè)到這些失效。 從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，芯片碎裂在早期失效中約占1%的比例，而對(duì)于使用薄/超薄芯片的器件（如IC卡），芯片碎裂則占其失效總數(shù)的一半以上。裂紋形狀多為"十"字、"T"字型，亦有一部分為橫貫芯片的單條裂紋，約50%以上的碎裂芯片，其裂紋位于芯片中央附近并垂直于邊緣；其余芯片的裂紋則靠近芯片邊緣或集中于芯片一角。

四、芯片裂紋（Die Crack）的來(lái)源

芯片裂紋（Die Crack）不是單一環(huán)節(jié)導(dǎo)致的，而是從晶圓減薄到引線鍵合，每個(gè)需要施加應(yīng)力的環(huán)節(jié)，都可能埋下 “裂紋種子”。所以，芯片裂紋（Die Crack）的產(chǎn)生是多種因素共同作用的結(jié)果，可以歸納為內(nèi)在因素和外在因素兩大類。內(nèi)在因素主要指芯片自身的強(qiáng)度特性，而外在因素則包括制造工藝和環(huán)境應(yīng)力等方面的影響。

1、工藝過(guò)程中的應(yīng)力源

a.晶圓減薄（Wafer Thinning）

為了適配薄型封裝（比如手機(jī)芯片的 0.8mm 封裝），晶圓需要從原始的 775μm 減薄到 50-100μm，這個(gè)過(guò)程中最容易產(chǎn)生微裂紋。傳統(tǒng)的 “機(jī)械研磨”（用金剛石砂輪打磨），會(huì)在硅片表面留下深度 1-5μm 的 “機(jī)械損傷層”—— 這里面全是微小的劃痕和晶格畸變，就像給芯片表面劃了無(wú)數(shù)道 “隱形傷口”。

有測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，用 800 目砂輪機(jī)械減薄的晶圓，表面微裂紋密度能達(dá)到 100 個(gè) /cm2，而后續(xù)工藝只要施加輕微應(yīng)力（比如切割時(shí)的 20MPa 壓力），這些微裂紋就會(huì)擴(kuò)展成肉眼可見(jiàn)的大裂紋。更隱蔽的是，有些微裂紋在硅片內(nèi)部（亞表面裂紋），減薄后根本看不出來(lái)，要到后續(xù)熱循環(huán)時(shí)才會(huì)爆發(fā)。

b.晶圓切割（Wafer Dicing）

晶圓切割是把整片晶圓切成單個(gè)芯片，這個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)力最直接。目前主流的切割方式有兩種，都有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

c.機(jī)械刀片切割（mechanical blade cutting）

高速旋轉(zhuǎn)的金剛石刀片（轉(zhuǎn)速 30000rpm）在切割時(shí)，會(huì)對(duì)芯片邊緣產(chǎn)生 “擠壓應(yīng)力” 和 “摩擦熱應(yīng)力”。如果刀片磨損（刃口變鈍），或者切割壓力過(guò)大（超過(guò) 50N），很容易在芯片邊緣形成 “崩邊”（邊緣缺角），進(jìn)而引發(fā)裂紋；

d.激光切割（Laser cutting）

雖然沒(méi)有機(jī)械接觸，但高功率激光（比如 UV 激光）會(huì)在硅片表面產(chǎn)生局部高溫（瞬間達(dá) 1000℃以上），冷卻后形成 “熱應(yīng)力梯度”—— 表面收縮、內(nèi)部膨脹，導(dǎo)致微裂紋產(chǎn)生。尤其是激光能量控制不當(dāng)（比如能量過(guò)高），會(huì)在切割路徑兩側(cè)留下深度 2-3μm 的熱損傷層。

e.芯片粘貼（Die Bonding）

芯片粘貼是把芯片粘在引線框架或基板上，這個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)力來(lái)自 “導(dǎo)電膠 / 絕緣膠的固化收縮”。比如環(huán)氧導(dǎo)電膠，在 150℃固化時(shí)會(huì)有 2-3% 的體積收縮，這種收縮會(huì)對(duì)芯片產(chǎn)生 “拉扯應(yīng)力”—— 如果膠層不均勻（比如局部膠厚差超過(guò) 10μm），應(yīng)力會(huì)集中在膠層薄的區(qū)域，導(dǎo)致芯片邊緣開(kāi)裂。

更危險(xiǎn)的是 “空心粘貼”，膠層里有氣泡（直徑＞50μm），固化時(shí)氣泡受熱膨脹，冷卻后收縮，會(huì)在氣泡上方的芯片區(qū)域產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，形成 “隱形微裂紋”，這種裂紋在電測(cè)時(shí)完全看不出來(lái)，只有熱循環(huán)時(shí)才會(huì)擴(kuò)展。

f.引線鍵合（Wire Bonding）

引線鍵合（比如金絲鍵合）需要在芯片焊墊上施加壓力（10-50gf）和超聲波能量，同時(shí)加熱（150-250℃）。這個(gè)過(guò)程中，三個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。

（1）鍵合壓力過(guò)大

比如把 25gf 的壓力調(diào)成 40gf，超過(guò)了薄芯片（50μm）的承載極限，會(huì)在焊墊下方形成 “壓痕裂紋”；

（2）溫度不均勻

鍵合臺(tái)局部溫度過(guò)高（比如溫差超過(guò) 10℃），芯片上下表面形成熱應(yīng)力梯度，導(dǎo)致翹曲開(kāi)裂；

（3）焊墊邊緣應(yīng)力集中

如果鍵合點(diǎn)靠近芯片邊緣（距離＜50μm），壓力會(huì)傳遞到芯片邊緣，引發(fā)邊緣裂紋。

2、材料與設(shè)計(jì)因素

芯片強(qiáng)度是研究芯片碎裂的最重要參數(shù)。芯片強(qiáng)度各不相同，只有強(qiáng)度最低的才最容易碎裂失效。強(qiáng)度分布范圍很廣，那些最"脆弱"的芯片碎裂時(shí)的強(qiáng)度只相當(dāng)于芯片平均強(qiáng)度的幾分之一。因此只需設(shè)法將最"脆弱"芯片的強(qiáng)度提高或者予以剔除，就能從根本上提高芯片整體強(qiáng)度。 材料缺陷也是導(dǎo)致芯片裂紋（Die Crack）的重要原因，包括：

a.晶格缺陷

在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的不完美結(jié)構(gòu);

b.雜質(zhì)污染

制造過(guò)程中引入的雜質(zhì)原子;

c.表面劃痕

工藝處理過(guò)程中造成的機(jī)械損傷 設(shè)計(jì)方面的因素也不容忽視，如果半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，比如結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、焊點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理等，都可能導(dǎo)致芯片更容易發(fā)生裂紋。

3、環(huán)境應(yīng)力因素

外界環(huán)境因素會(huì)加劇芯片裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展：

a.溫度變化

劇烈的溫度變化會(huì)導(dǎo)致材料熱脹冷縮，產(chǎn)生熱應(yīng)力。

b.機(jī)械振動(dòng)

運(yùn)輸或使用過(guò)程中的振動(dòng)可能引發(fā)裂紋擴(kuò)展。

c.濕度影響

封裝樹(shù)脂耐濕性差會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品吸濕，當(dāng)封裝體在環(huán)境溫度劇變時(shí)，內(nèi)部水分急劇汽化，當(dāng)蒸汽壓力大于封裝樹(shù)脂與芯片、載片以及框架表面之間的粘接力時(shí)，就會(huì)使它們的界面之間出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致封裝樹(shù)脂或芯片出現(xiàn)裂紋。

五、芯片裂紋（Die Crack）分析檢測(cè)難點(diǎn)

在做芯片裂紋（Die Crack）失效分析時(shí)最讓人頭疼的就是芯片裂紋（Die Crack）在電性能測(cè)試（ICT、FT 測(cè)試）中根本查不出來(lái) —— 只要微裂紋沒(méi)延伸到焊墊或引線區(qū)域，不影響電流通路，電測(cè)就會(huì)判定為 “合格”。但這些 “看似合格” 的芯片，在客戶端使用時(shí)，一旦經(jīng)歷溫度變化，就會(huì)瞬間失效。

這背后的核心原因是熱應(yīng)力導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展。在高低溫循環(huán)測(cè)試（比如 - 40℃~125℃，100 次循環(huán)）中，封裝里的不同材料因 CTE 差異，會(huì)產(chǎn)生周期性的膨脹和收縮：塑封料膨脹時(shí)會(huì)擠壓芯片，收縮時(shí)會(huì)拉扯芯片；引線框架的形變也會(huì)傳遞應(yīng)力到芯片上。這些反復(fù)的熱應(yīng)力，會(huì)讓原本的微裂紋以 “每天 1-2μm” 的速度擴(kuò)展，直到裂紋貫穿芯片，切斷電流通路，電性能才會(huì)失效。

六、解決芯片裂紋（Die Crack）不良的方法

通過(guò)上面第四大點(diǎn)分析出的芯片裂紋（Die Crack）的來(lái)源，我們可以有針對(duì)性地調(diào)整工藝，把芯片裂紋（Die Crack）率壓到最低。結(jié)合之前在“安世半導(dǎo)體”做失效分析時(shí)的一些實(shí)踐，分享幾個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的有效方案給大家參考：

1、晶圓減薄（Wafer Thinning）

把傳統(tǒng)的 “純機(jī)械研磨” 改成 “機(jī)械研磨 + 化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）”：先用粗砂輪把晶圓減薄到目標(biāo)厚度 + 20μm，再用 CMP（研磨液含二氧化硅顆粒和化學(xué)試劑）去除表面 20μm 的損傷層。這樣處理后，硅片表面粗糙度能從機(jī)械研磨的 50nm 降到 1nm 以下，微裂紋密度直接從 100 個(gè) /cm2 降到 0.1 個(gè) /cm2 以下。某大廠的實(shí)踐顯示，改用 CMP 后，后續(xù)切割環(huán)節(jié)的開(kāi)裂率從 8% 降到了 0.5%。

2、晶圓切割（Wafer Dicing）

對(duì)薄晶圓（＜100μm），優(yōu)先用 “激光半切 + 機(jī)械分離” 工藝：用 UV 激光在晶圓表面切出深度為晶圓厚度 1/2 的槽（比如 50μm 厚晶圓切 25μm 深），然后用機(jī)械推桿輕輕分離芯片。這種方式既沒(méi)有機(jī)械刀片的擠壓，也沒(méi)有激光全切的熱損傷，芯片邊緣崩邊率能控制在 0.1% 以內(nèi)。如果必須用機(jī)械切割，要定期更換金剛石刀片（每切割 50 片晶圓換一次），并把切割壓力控制在 30N 以下。

3、芯片粘貼（Die Bonding）

選擇 “低模量環(huán)氧膠”（模量＜5GPa，傳統(tǒng)膠模量 10-15GPa），模量越低，固化收縮時(shí)產(chǎn)生的拉扯應(yīng)力越?。煌瑫r(shí)，粘貼前對(duì)膠層進(jìn)行真空脫泡（真空度 - 95kPa，保持 10 分鐘），確保膠層氣泡率＜1%。某封裝廠用這種方案后，粘貼環(huán)節(jié)的開(kāi)裂率從 3% 降到了 0.2%。

4、引線鍵合（Wire Bonding）

鍵合前要校準(zhǔn)鍵合壓力（用壓力傳感器校準(zhǔn)，誤差＜±1gf），并根據(jù)芯片厚度調(diào)整壓力（50μm 厚芯片用 15-20gf，100μm 厚芯片用 25-30gf）；同時(shí)，定期校準(zhǔn)鍵合臺(tái)溫度（溫差控制在 ±2℃），避免局部過(guò)熱。另外，把鍵合點(diǎn)距離芯片邊緣的距離控制在≥100μm，避開(kāi)邊緣應(yīng)力集中區(qū)。

七、芯片裂紋（Die Crack）失效分析流程

因?yàn)樾酒鸭y（Die Crack）不良問(wèn)題是一個(gè)比較典型的失效模式，所以我們?cè)诜治鲞^(guò)程中是需要系統(tǒng)而全面的，確保每一個(gè)細(xì)節(jié)都不被忽視，以下分析流程用一個(gè)實(shí)例給大家展示：

1、外觀檢查

利用高倍顯微鏡對(duì)樣品的正反面進(jìn)行了細(xì)致的外觀檢查，發(fā)現(xiàn)背面焊點(diǎn)存在異常，而其他表面未見(jiàn)異常。這一發(fā)現(xiàn)就會(huì)給出一個(gè)提示信號(hào)，問(wèn)題可能出在焊接過(guò)程中或材料本身的缺陷。

2、X-Ray分析

剛開(kāi)始先做一些無(wú)損分析，初步確認(rèn)問(wèn)題點(diǎn)。通過(guò)X-ray檢查，可以發(fā)現(xiàn)樣品頂部金線有異常凹陷，這是導(dǎo)致焊點(diǎn)異常的直接原因。X-Ray分析能夠穿透材料表面，揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異常，這對(duì)于確定失效模式至關(guān)重要。

3、電性能測(cè)試

不良樣品的電性能測(cè)試結(jié)果顯示Pin8與Pin9之間存在短路，通過(guò)這一步就可證實(shí)在第一步做”外觀檢查“時(shí)的初步判斷：短路可能是由于焊接不良或材料缺陷導(dǎo)致的電連接異常。

4、開(kāi)封檢查

從這一步開(kāi)始，就是做的有損分析了。不良樣品開(kāi)封后，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)芯片本身存在開(kāi)裂現(xiàn)象，這是導(dǎo)致測(cè)試異常的根本原因。開(kāi)封檢查是失效分析中的關(guān)鍵步驟，它允許我們直接觀察到芯片內(nèi)部的物理?yè)p傷。

5、微觀分析

利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)開(kāi)裂區(qū)域進(jìn)行了微觀分析，觀察到裂紋的形態(tài)和分布，以及可能的裂紋起源點(diǎn)。SEM分析能夠提供高分辨率的圖像，幫助我們理解裂紋的形成機(jī)制。

6、材料分析

對(duì)芯片材料進(jìn)行了化學(xué)成分分析，以確定是否存在材料不純或成分不均勻的問(wèn)題。這些因素都可能導(dǎo)致材料的脆性增加，從而引發(fā)開(kāi)裂。

7、熱力學(xué)分析

通過(guò)熱力學(xué)分析，我們?cè)u(píng)估了芯片在不同溫度下的膨脹和收縮行為，以及這些熱力學(xué)特性如何影響芯片的機(jī)械穩(wěn)定性。

8、力學(xué)性能測(cè)試

對(duì)芯片進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，包括拉伸、壓縮和彎曲測(cè)試，以評(píng)估其抗裂性能。這些測(cè)試有助于我們了解芯片在實(shí)際使用條件下的力學(xué)響應(yīng)。

9、環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)

通過(guò)環(huán)境應(yīng)力篩選，我們模擬了芯片在實(shí)際使用中可能遇到的各種環(huán)境條件，以評(píng)估其在極端條件下的可靠性。

通過(guò)這一單芯片裂紋（Die Crack）失效分析，可總結(jié)出：芯片開(kāi)裂是導(dǎo)致測(cè)試異常的根本原因。這一發(fā)現(xiàn)不僅為客戶解決了眼前的問(wèn)題，也為其后續(xù)的產(chǎn)品改進(jìn)提供了方向。

八、芯片裂紋（Die Crack）失效的建議

為了有效的避免此類失效會(huì)流入市場(chǎng)，導(dǎo)致在客戶端發(fā)生客訴問(wèn)題，我們應(yīng)該從以下四個(gè)方面著手進(jìn)行干預(yù)，以避免或是減少芯片裂紋（Die Crack）失效的不良案例，從而提升產(chǎn)品品質(zhì)：

1、加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制

從源頭上確保芯片材料的均勻性和可靠性，減少因材料缺陷導(dǎo)致的芯片裂紋（Die Crack）風(fēng)險(xiǎn)。

2、優(yōu)化封裝工藝

調(diào)整封裝過(guò)程中的溫度、壓力等參數(shù)，減少熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力對(duì)芯片的影響。

3、增強(qiáng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度

在芯片設(shè)計(jì)階段考慮更多的應(yīng)力因素，增強(qiáng)芯片結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

4、定期進(jìn)行可靠性測(cè)試

通過(guò)定期的可靠性測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，減少產(chǎn)品在市場(chǎng)中的失效率。

九、寫(xiě)在最后面的話

因?yàn)椤靶酒鸭y（Die Crack）”失效模式它是與單晶硅的脆性本質(zhì)直接相關(guān)，其失效可能隱匿于晶圓減薄、切割、貼裝及鍵合等應(yīng)力工藝環(huán)節(jié)。由于裂紋初期可能不顯著影響電學(xué)性能，需通過(guò)高低溫?zé)嵫h(huán)實(shí)驗(yàn)加速裂紋擴(kuò)展——不同材料熱膨脹系數(shù)差異產(chǎn)生的熱應(yīng)力，會(huì)促使微裂紋擴(kuò)展至可見(jiàn)程度，最終影響器件可靠性。當(dāng)前行業(yè)正探索激光切割、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）等低應(yīng)力工藝，以及通過(guò)離子注入增強(qiáng)硅片機(jī)械強(qiáng)度的新技術(shù)，以減少工藝損傷。

所以，半導(dǎo)體封裝中芯片裂紋（Die Crack）的不良是一個(gè)復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題，根源在于機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。解決這一問(wèn)題需要一個(gè)系統(tǒng)性的工程方法，貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選型、工藝制程和可靠性驗(yàn)證的全過(guò)程。通過(guò)綜合運(yùn)用先進(jìn)的分析工具（如SAM）和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以有效地定位根本原因并實(shí)施改進(jìn)，最終提升產(chǎn)品的良率和長(zhǎng)期可靠性。

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審核編輯 黃宇