CN104458753A - 半导体器件物理特性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体器件物理特性分析方法，包括：对半导体器件样品进行外部物理特征分析；X射线无损结构分析；声学扫描显微镜无损材料分析；外部物理特征耐溶剂试验；内部工艺特征分析；本发明提供的半导体器件物理特性分析方法，用明确、严谨的试验方法和判定依据，剔除了仿冒翻新类的劣质器件。

Description

半导体器件物理特性分析方法

技术领域

本发明涉及半导体器件检测分析技术领域，特别是指一种半导体器件物理特性分析方法。

背景技术

目前，在半导体元器件市场上充斥着大量的劣质元器件，其中主要包括低制造工艺器件、仿冒翻新器件。其中，仿冒集成电路，其内部工艺(封装工艺、键合工艺、芯片制造工艺等)质量一致性差，不能满足集成电路系统的需求，一旦装配完成投入使用，极易出现故障，严重影响集成电路系统的可靠性，甚至造成重大损失。而翻新集成电路，产品年久老化、产品翻新损伤等问题，存在巨大的可靠性隐患，一旦进行装配使用，严重影响集成电路系统的可靠性、运行稳定性和使用寿命。

这些劣质半导体器件一旦流入生产制造环节，轻则直接影响到产品的生产周期、产品的质量、产品的使用安全性和产品的使用寿命，重则威胁使用者和他人的生命财产安全。

现阶段，在国内尚无相关的检验检测标准用来剔除仿冒翻新类的劣质器件。因此，半导体器件物理特征分析(PFA)工作尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种半导体器件物理特性分析方法，用明确、严谨的试验方法和判定依据，剔除了仿冒翻新类的劣质器件。

基于上述目的本发明提供的半导体器件物理特性分析方法，包括：

对半导体器件样品进行外部物理特征分析，所述外部物理特征包括引线、焊区、封装壳体、封装盖帽、BGA封装焊球、BGA封装基板，其中任意一项出现瑕疵即判定为不合格，若均合格则进行下一步；

通过对半导体器件样品的内部工艺结构在俯视方向和侧视方向上分别照射X射线，分别得到半导体器件样品的内部工艺结构在俯视方向和侧视方向上的X射线照片，将其与半导体器件标准品的内部工艺结构的X射线照片进行对比观察，若引线框架形貌、芯片定位、芯片尺寸、引线键合定位、键合丝数量中任意一项不一致或出现键合丝断丝，则判定为不合格，若均合格则进行下一步；

利用声学扫描显微镜对半导体器件样品包封材料的密度进行对比试验，若出现相同送检批次样品的模塑化合物密度明显不一致、样品模塑化合物密度不均匀或明显异常、样品内部结构不一致其中任意一种情况，则判定为不合格，若均合格则进行下一步；

对半导体器件样品进行外部物理特征耐溶剂试验，若样品出现损坏现象、涂覆层出现脱落、褪色、起皮、抹掉其中之一的现象，则判定为不合格，若均合格则进行下一步；

对半导体器件样品进行内部工艺特征分析，若芯片粘接材料、键合工艺、键合材料、芯片版图信息、芯片工艺其中之一不符合原厂信息或不一致或出现键合丝断丝或熔融、封装壳体内部打磨痕迹、芯片电应力损伤，则判定为不合格，若均合格，则该批次半导体器件判定为合格产品。

在一些实施方式中，所述半导体器件样品的外部物理特征耐溶剂试验包括：

将半导体器件样品浸入在室温下的溶剂中；

浸泡至少20min；

使用规定的刷子，以0.5N～0.6N的压力将样品重复刷十次；

其中，所述溶剂为有机溶剂，包括丙酮或无水乙二胺；

所述规定的刷子是一种牙刷，其柄由不与溶剂反应的材料制成；刷子由硬质长毛制成，毛的自由端应位于同一个水平面上；当出现变软、弯曲、磨损、掉毛的迹象时，更换刷子。

从上面所述可以看出，本发明提供的半导体器件物理特性分析方法，用明确、严谨的试验方法和判定依据，对半导体元器件的质量控制提供了新的方法，弥补了国内在此方面的空白；所述半导体器件物理特征分析(PFA)方法是通过一系列无损分析技术和有损分析技术，来验证半导体器件的标识、材料、结构、芯片版图和制造质量是否符合规定所进行的一系列分析的全过程。

附图说明

图1为本发明提供的半导体器件物理特征分析方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

所述半导体器件物理特征分析(PFA)方法是通过一系列无损分析技术和有损分析技术，来验证半导体器件的标识、材料、结构、芯片版图和制造质量是否符合规定所进行的一系列分析的全过程；主要包含：外部物理特征分析技术、无损结构分析技术、声学扫描显微镜无损分析技术、外部物理特征耐溶剂试验、内部工艺特征分析技术；辅助试验包含：扫面电子显微镜检查、能谱分析、剖面分析技术等。

参照附图1，为本发明提供的半导体器件物理特征分析方法实施例的流程示意图。

所述半导体器件物理特性分析方法，包括：

步骤101：对半导体器件样品进行外部物理特征分析，所述外部物理特征包括引线、焊区、封装壳体、封装盖帽、BGA封装焊球、BGA封装基板，其中任意一项出现瑕疵即判定为不合格，若均合格则进行步骤102；

其中，所述外部物理特征分析方法包括器件的封装尺寸、封装工艺、器件表面信息的内容和工艺(信息的相对位置、字体、书写工艺(印刷or激光刻字)、字的颜料等等)；具体的可选实施方式包括：

在显微镜下对样品的外部特征进行观察分析；利用立体显微镜，在放大10倍到100倍的条件下，对器件的外部宏观特征进行观察；利用金相显微镜，在放大50倍到1000倍的条件下，对器件的外部微观特征进行观察。从而对器件的外部物理特征进行全面的观察分析，对器件进行评价；

管脚检查：管脚缺陷包括管脚明显过薄、过软、管脚有焊接痕迹、管脚折断、管脚锈蚀氧化、管脚数与手册不符等；管脚存在这些类似缺陷的器件属于翻新器件，在翻新过程中，器件管脚不免会受到一定的机械损伤，并且器件经过使用，使用的条件和环境都是未知的，再次使用的可靠性存在很大的不确定性；

管壳检查：而同厂同批器件的管壳形貌应该是完全相同的；管壳形貌不一直的情况说明该批器件有可能是由不同批次的产品重新改标翻新成的同批次产品；

标识检查：目前集成电路绝大多数采用激光打印或用专用的印刷机印字，字迹清晰，并且不易擦除；在试验过程中，有时会发现器件表面的标识打印的模糊不清、深浅不一，这是因为在仿冒、翻新过程中对器件封装进行了打磨等处理，然后进行重新打标；这样的器件是仿冒、翻新器件；对型号信息和美军标准微电路型号(SMD)核对，用以甄别仿冒集成电路；仿冒、翻新集成电路中往往出现已停产产品却印着停产后批次日期的情况，通过对器件的停产日期与其生产批次进行核查，用以甄别仿冒翻新器件；管脚镀层代码代表了其管脚镀层的成份，可通过管脚镀层成份分析，对其成份与镀层代码的符合性进行鉴定。

具体的，如果呈现下列任何一种情况，该批次半导体器件应视为不合格：

引线或焊区：

引线明显过薄、过软且具有明显的打磨痕迹，或引线尺寸不符合器件手册中的尺寸要求；

引线或焊区有使用过痕迹；

引线或焊区氧化锈蚀；

封装壳体或盖帽：

封装壳体或盖帽打磨痕迹；

封装壳体或盖帽存在二次涂覆痕迹；

相同生产厂家、相同型号、相同生产批器件的封装形貌不一致；

封装形貌不符合相关规范或有关文件；

BGA封装焊球：

焊球不饱满、焊球形貌不一致；

焊球的数量和分布不符合器件手册中规定的数量和分布；

贯穿焊球根部或延伸至焊球根部的划痕；

BGA封装基板：

基板翘曲；

基板附着多余物，例如焊锡或助焊剂残留等。

步骤102：通过对半导体器件样品的内部工艺结构在俯视方向和侧视方向上分别照射X射线，分别得到半导体器件样品的内部工艺结构在俯视方向和侧视方向上的X射线照片，将其与半导体器件标准品的内部工艺结构的X射线照片进行对比观察，若引线框架形貌、芯片定位、芯片尺寸、引线键合定位、键合丝数量中任意一项不一致或出现键合丝断丝，则判定为不合格，若均合格则进行步骤103；

所述X射线检查无损结构分析技术主要检查半导体器件样品的内部结构信息，通过X射线对半导体器件样品的内部结构工艺进行观察分析，与正品的内部结构工艺进行对比观察；

具体的，如果呈现下列任何一种情况时，该批次半导体器件应视为不合格：

相同生产厂家、相同型号、相同生产批样品引线框架形貌不一致；

相同生产厂家、相同型号、相同生产批样品芯片定位、芯片尺寸不一致；

相同生产厂家、相同型号、相同生产批样品引线键合定位不一致；

相同生产厂家、相同型号、相同生产批样品键合丝数量不一致

键合丝断丝。

步骤103：利用声学扫描显微镜对半导体器件样品包封材料的密度进行对比试验，若出现相同送检批次样品的模塑化合物密度明显不一致、样品模塑化合物密度不均匀或明显异常、样品内部结构不一致其中任意一种情况，则判定为不合格，若均合格则进行步骤104；

声学扫描显微镜检查(SAM)的无损分析技术主要检查样品的相对密度信息(声波在不同介质中的传播速度不同，反应到仪器上，在相同的时间段内，扫描后的图像的波形和亮度有差别)；利用声波在不同密度的介质中传播速度不同的特性，借助声学扫描显微镜，对塑封样品包封材料的密度进行对比试验，以验证其同批器件间的一致性，从中发现仿冒、翻新器件；

具体的，如果呈现下列任何一种情况，该批次半导体器件应视为不合格：

相同送检批器件，模塑化合物的密度明显不一致；

器件模塑化合物的密度不均匀或明显异常；

相同生产厂家、相同型号、相同生产批样品内部结构(如引线框架、芯片数量等)不一致。

步骤104：对半导体器件样品进行外部物理特征耐溶剂试验，若样品出现损坏现象、涂覆层出现脱落、褪色、起皮、抹掉其中之一的现象，则判定为不合格，若均合格则进行步骤105；

针对仿冒、翻新手段中的二次喷漆涂覆，提出外部物理特征耐溶剂试验；将样品浸入特殊有机溶剂中，如果器件存在二次喷漆涂覆的现象，涂覆层会脱落、褪色、抹掉；具体地可选实施方式包括：

将样品浸入溶剂中，温度在室温即可；样品在溶液中至少浸泡20min；然后用规定的刷子，对样品以通常的手压力(约0.5N～0.6N)把样品刷十次；

其中，溶剂应为有机溶剂，如丙酮、无水乙二胺等；

刷子应是一种牙刷，其柄由不与溶液反应的材料制成，刷子应由硬质长毛制成，毛的自由端应位于同一个水平面上，当出现变软、弯曲、磨损、掉毛等迹象时，刷子就应更换。

步骤105：对半导体器件样品进行内部工艺特征分析，若芯片粘接材料、键合工艺、键合材料、芯片版图信息、芯片工艺其中之一不符合原厂信息或不一致或出现键合丝断丝或熔融、封装壳体内部打磨痕迹、芯片电应力损伤，则判定为不合格，若均合格，则该批次半导体器件判定为合格产品。

所述内部工艺特征分析技术包括内部物理特征检查——样品的内部制造工艺(键合工艺、键合丝材质、键合焊盘材质)、芯片版图信息、芯片的制造工艺(芯片的材料、芯片的工艺)、芯片的粘接工艺；

具体包括：宏观工艺检查：仿冒集成电路由于其多是非原厂器件，故其内部工艺(如芯片粘接方式、芯片粘接材料、键合丝材料、键合工艺)与原厂正品器件的工艺存在差异；

微观芯片工艺检查：仿冒集成电路由于非原厂器件，其芯片版图、芯片标识、芯片制造工艺等与原厂不同。翻新集成电路由于对产品的年代和质量等级等进行了掩盖，可在开封后对其芯片版图、芯片标识信息进行核查；

具体的，如果呈现下列任何一种情况，该批次半导体器件应视为不合格：

内部工艺：

芯片粘接材料不符合原厂信息及有关文件；

键合工艺不符合原厂信息及有关文件；

键合材料不符合原厂信息及有关文件；

样品的芯片粘接材料与相同生产厂家、相同型号、相同生产批产品不一致；

样品的键合工艺与相同生产厂家、相同型号、相同生产批产品不一致；

样品的键合材料与相同生产厂家、相同型号、相同生产批产品不一致；

键合丝断丝或熔融；

封装壳体内部打磨痕迹；

芯片：

芯片版图信息不符合原厂信息及有关文件；

芯片工艺不符合原厂信息及有关文件；

样品的芯片版图信息与相同生产厂家、相同型号、相同生产批产品不一致；

样品的芯片工艺与相同生产厂家、相同型号、相同生产批产品不一致；

芯片的电应力损伤，如击穿、模塑化合物碳化等。

从上面所述可以看出，本发明提供的半导体器件物理特性分析方法，用明确、严谨的试验方法和判定依据，对半导体元器件的质量控制提供了新的方法，弥补了国内在此方面的空白；所述半导体器件物理特征分析(PFA)方法是通过一系列无损分析技术和有损分析技术，来验证半导体器件的标识、材料、结构、芯片版图和制造质量是否符合规定所进行的一系列分析的全过程。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种半导体器件物理特性分析方法，其特征在于，包括：

对半导体器件样品进行外部物理特征分析，所述外部物理特征包括引线、焊区、封装壳体、封装盖帽、BGA封装焊球、BGA封装基板，其中任意一项出现瑕疵即判定为不合格，若均合格则进行下一步；

通过对半导体器件样品的内部工艺结构在俯视方向和侧视方向上分别照射X射线，分别得到半导体器件样品的内部工艺结构在俯视方向和侧视方向上的X射线照片，将其与半导体器件标准品的内部工艺结构的X射线照片进行对比观察，若引线框架形貌、芯片定位、芯片尺寸、引线键合定位、键合丝数量中任意一项不一致或出现键合丝断丝，则判定为不合格，若均合格则进行下一步；

利用声学扫描显微镜对半导体器件样品包封材料的密度进行对比试验，若出现相同送检批次样品的模塑化合物密度明显不一致、样品模塑化合物密度不均匀或明显异常、样品内部结构不一致其中任意一种情况，则判定为不合格，若均合格则进行下一步；

对半导体器件样品进行外部物理特征耐溶剂试验，若样品出现损坏现象、涂覆层出现脱落、褪色、起皮、抹掉其中之一的现象，则判定为不合格，若均合格则进行下一步；

对半导体器件样品进行内部工艺特征分析，若芯片粘接材料、键合工艺、键合材料、芯片版图信息、芯片工艺其中之一不符合原厂信息或不一致或出现键合丝断丝或熔融、封装壳体内部打磨痕迹、芯片电应力损伤，则判定为不合格，若均合格，则该批次半导体器件判定为合格产品。

2.根据权利要求1所述的半导体器件物理特性分析方法，其特征在于，所述半导体器件样品的外部物理特征耐溶剂试验包括：

将半导体器件样品浸入在室温下的溶剂中；

浸泡至少20min；

使用规定的刷子，以0.5N～0.6N的压力将样品重复刷十次；

其中，所述溶剂为有机溶剂，包括丙酮或无水乙二胺；

所述规定的刷子是一种牙刷，其柄由不与溶剂反应的材料制成；刷子由硬质长毛制成，毛的自由端应位于同一个水平面上；当出现变软、弯曲、磨损、掉毛的迹象时，更换刷子。