CN113466740A - 故障定位方法和故障定位装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种故障定位方法和故障定位装置，涉及半导体领域。故障定位方法：利用故障IC载板的版图和阻抗测试结果预判疑似故障区域，然后对疑似故障区域进行研磨处理；将研磨处理后的故障IC载板通电，对通电的故障IC载板进行热成像，获得温度异常区域，温度异常区域为漏电故障位置。故障定位装置，包括阻抗检测模块、研磨模块、供电模块和红外成像模块，阻抗检测模块用于检测故障IC载板的阻抗，研磨模块用于对故障IC载板的疑似故障区域进行研磨处理，供电模块用于对研磨处理后的故障IC载板通电，红外成像模块用于对通电的故障IC载板进行热成像。本申请提供的故障定位方法和故障定位装置，定位精准、成功率高、耗时短。
Description
技术领域
本申请涉及半导体领域，尤其涉及一种故障定位方法和故障定位装置。
背景技术
IC载板属于集成电路封装用的一种关键专用基础材料，主要起到保护芯片并作为集成电路芯片和外界接口的作用。高精密IC载板结构相对简单，其固有特点为绝缘介质层极薄，故典型的故障模式为局部漏电、耐压不足。
目前行业内主流的定位方法有两种，一种为截面研磨，一种为平面研磨。截面研磨法主要包括：将故障IC载板灌封固化，灌封材料为环氧树脂；将固化后的故障样品采用机械研磨方法垂直于板面研磨，研磨之后机械抛光；利用金相显微镜或者扫描电子显微镜对抛光后的IC载板截面进行检查，寻找和定位漏电点。平面研磨法主要包括：将故障IC载板灌封固化，灌封材料为环氧树脂；将固化后的故障样品采用机械研磨方法平行于板面逐层研磨，研磨之后机械抛光；利用金相显微镜或者扫描电子显微镜对抛光后的IC载板平面进行检查，寻找和定位漏电点。
上述两种方法都有很大的盲目性，由于完全无法预知IC载板的漏电位置，研磨过程存在随机性，耗时很长、效率很低；而且由于IC载板的漏电位置位于其内部的介质层，漏电区域较小(特别是微小漏电情况下)，研磨过程容易将漏电位置研磨掉，错过漏电点，导致定位彻底失败，因此失败率极高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种故障定位方法和故障定位装置，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种故障定位方法，包括：
利用故障IC载板的版图和阻抗测试结果预判疑似故障区域，然后对所述疑似故障区域进行研磨处理；
将所述研磨处理后的故障IC载板通电，使用红外成像设备对通电的故障IC载板进行热成像，获得温度异常区域，所述温度异常区域为漏电故障位置。
优选地，所述故障IC载板的阻抗小于等于108Ω。
优选地，所述预判疑似故障区域包括：
预判漏电故障位置的所在层和所在线路。
优选地，所述研磨处理包括：用粗砂纸和细砂纸依次研磨所述疑似故障区域，直至暴露出所述疑似故障区域的内部相关线路。
优选地，所述通电的电流小于等于10mA。
优选地，所述通电之前还包括：
对所述研磨处理后的IC载板进行阻抗测试，确认是否存在漏电故障。
优选地，所述热成像之后还包括：
对所述漏电故障位置进行纵向截面剖切处理以暴露具体故障位置，然后用显微镜对具体故障位置进行表征分析。
优选地，所述纵向截面剖切处理采用聚焦离子束、离子研磨或机械研磨方式进行。
优选地，所述研磨处理之前还包括：
将故障IC载板通电，使用红外成像设备对IC载板进行热成像，缩小所述疑似故障区域。
优选地，所述温度异常区域包括热成像之后的高温区域。
本申请还提供一种故障定位装置，包括阻抗检测模块、研磨模块、供电模块和红外成像模块，所述阻抗检测模块用于检测故障IC载板的阻抗，所述研磨模块用于对所述故障IC载板的疑似故障区域进行研磨处理，所述供电模块用于对研磨处理后的故障IC载板通电，所述红外成像模块用于对通电的故障IC载板进行热成像。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的故障定位方法，先通过故障IC载板的版图预判疑似故障区域，缩小定位区域，然后通过研磨处理去除与漏电故障无关的结构，精简样品结构，同时充分暴露潜在的故障位置，再利用漏电发热必然产生红外线的特性，使用红外成像设备对IC载板发热区域进行精准定位，从而找到漏电故障位置。
本申请提供的故障定位装置，通过供电模块对故障IC载板通电，然后通过红外成像模块对故障IC载板进行热成像，利用漏电发热必然产生红外线的特性，对IC载板发热区域进行精准定位，从而找到漏电故障位置。
该方法将非可视的IC载板内部漏电进行了可视化，有利于漏电区域的精确定位，成功概率不低于95％；极大缩短了定位时长，节约了人力物力，平均操作时长仅为3～4小时。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为实施例1提供的故障定位方法的流程示意图；
图2为IC载板的结构示意图；
图3为实施例1研磨处理后的样品形貌照片；
图4为实施例1样品的热成像照片；
图5为实施例1样品离子切割之后的SEM图；
图6为图5的漏电位置的局部放大图；
图7为实施例2研磨处理后的样品形貌照片；
图8为实施例2样品的热成像照片；
图9为图8的局部放大热成像照片；
图10为实施例2样品离子研磨之后的漏电位置的SEM图；
图11为实施例3研磨处理后的样品形貌照片；
图12为实施例3样品的热成像照片；
图13为图12的局部放大热成像照片；
图14为实施例3样品离子切割之后的SEM图；
图15为图14的漏电位置的局部放大图；
图16为对比例1研磨处理后的样品形貌照片；
图17为图16的局部放大图；
图18为对比例2研磨处理后的样品形貌照片；
图19为图18的局部放大图。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种IC载板漏电故障位置的定位方法，包括：
利用故障IC载板的版图和阻抗测试结果预判疑似故障区域，然后对所述疑似故障区域进行研磨处理；
将所述研磨处理后的故障IC载板通电，使用红外成像设备对通电的故障IC载板进行热成像，获得温度异常区域，所述温度异常区域为漏电故障位置。
利用故障IC载板的版图，可以清楚的获知IC载板的各层结构和线路结构，能够更好的通过测试阻抗的大小预判疑似故障区域；研磨处理是为了暴露出故障结构、去除无关结构；漏电区域会发热，在热成像过程中会呈现高温红点或红色区域，能够直观的观察到漏电故障点。
在一个可选的实施方式中，所述故障IC载板的阻抗小于等于108Ω。
线路本身是绝缘的，即阻抗无穷大，只要不是绝缘状态，就可以判定异常；实际操作过程中，只要阻抗小于等于108Ω即可判定出现漏电故障。一般情况下，出现漏电故障时，阻抗会远小于108Ω。
在一个可选的实施方式中，所述预判疑似故障区域包括：
预判漏电故障位置的所在层和所在线路。
根据IC载板布线图，确定出潜在漏电区域，对可能存在问题的线路进行逐段阻抗测试，排除正常的线路段，缩小可疑区域范围，往复操作，直至无法进一步缩小可疑区。所能达到的效果是：确认可疑区域在载板第几层，具体位于哪些线路之间，大致的可疑区域范围等。
在一个可选的实施方式中，所述研磨处理包括：用粗砂纸和细砂纸依次研磨所述疑似故障区域，直至暴露出所述疑似故障区域的内部相关线路。
研磨处理的目的是去除与故障无关的结构，精简样品结构，同时充分暴露潜在的故障位置；而这种平面研磨的方法，还可以有效避免研磨过程中将漏电位置也去除掉，导致定位失败。
在一个可选的实施方式中，所述通电的电流小于等于10mA。
漏电功耗一般限定在1mW～5mW，电流过大会导致IC载板的二次损坏，例如，会使得漏电位置线路烧毁开路，导致后续红外成像失败。
在一个可选的实施方式中，所述通电之前还包括：
对所述研磨处理后的IC载板进行阻抗测试，确认是否存在漏电故障。
通过再次进行阻抗测试，保证研磨处理之后的IC载板仍然存在漏电问题。该步骤主要目的是确认漏电现象是否稳定存在，检查研磨是否导致漏电结构被破坏。
在一个可选的实施方式中，所述热成像之后还包括：
对所述漏电故障位置进行纵向剖切处理以暴露具体故障位置，然后用显微镜对具体故障位置进行表征分析。
通过纵向剖切处理，将具体故障位置充分暴露出来，利用电子显微镜或者光学显微镜对漏电微区结构进行表征分析，以从微观结构上分析漏电原因，可以有效的支持前端工艺改进。
在一个可选的实施方式中，所述纵向剖切处理采用聚焦离子束、离子研磨或机械研磨方式进行。
基于聚焦离子束(FIB)和离子研磨(CP)的样品纵向截面剖切精度极高，可以做到定量精确控制，提高了制样的成功率，成功概率不低于99％。
在一个可选的实施方式中，所述研磨处理之前还包括：
将IC载板通电，使用红外成像设备对IC载板进行热成像，缩小所述疑似故障区域。
为了提高定位精度，可以多次使用红外成像设备进行热成像，进一步提升定位效率和精度。
在一个可选的实施方式中，所述温度异常区域包括热成像之后的高温区域。
此处所指高温区域为红外热成像时显示的红色区域。
本申请还提供一种故障定位装置，包括阻抗检测模块、研磨模块、供电模块和红外成像模块，所述阻抗检测模块用于检测故障IC载板的阻抗，所述研磨模块用于对所述故障IC载板的疑似故障区域进行研磨处理，所述供电模块用于对研磨处理后的故障IC载板通电，所述红外成像模块用于对通电的故障IC载板进行热成像。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种IC载板(图2为IC载板的结构示意图)漏电故障位置的定位方法，具体包括：
1.利用阻抗测试设备对故障的IC载板进行阻抗测试，记录异常阻抗值(阻抗≤108Ω)。
测试过程中控制漏电流量级，控制在μA级别，尽量降低电流的二次损伤。
2.利用IC载板版图，对可能存在问题的线路进行逐段阻抗测试，不断缩小范围，直至确定出最小的疑似故障区域，例如确认疑似故障区域在载板第几层，具体哪些线路之间等。
3.针对IC载板确定出的疑似故障区域进行平面研磨处理，研磨方法为普通机械研磨，先用粗砂纸研磨，逐渐过渡到细砂纸研磨，直至暴露出疑似故障区域的内部相关线路(一般为铜导线)。研磨处理后的样品形貌如图3所示。
4.平面研磨处理后的样品再次进行阻抗测试，记录异常阻抗值，确认漏电故障是否存在。
5.对处理后的IC载板进行上电，控制上电电流(5mA，0.3V)。然后利用制冷型红外探测器或非制冷型红外探测器进行IC载板热成像，锁定温度最高的区域(温度异常区域)，温度最高区域通常为漏电区域。热成像如图4所示，红色区域为高温区域，即漏电故障区域。
在一个优选的实施方式中，确定漏电区域之后，还包括：
6.利用聚焦离子束(FIB)设备，对红外定位区域进行离子切割，离子轰击的方向垂直于板面，直至将内部的各层结构暴露出来，如图5所示。
7.利用扫描电子显微镜(SEM)或光学显微镜对漏电微区结构进行表征分析。图6为图5的局部放大图，方框内为故障区域。
由图3至图6可知，该方法对漏电故障位置进行了精准的定位。
实施例2
本实施例提供一种IC载板漏电故障位置的定位方法，具体包括：
1.利用阻抗测试设备对故障的IC载板进行阻抗测试，记录异常阻抗值(阻抗≤108Ω)。
测试过程中控制漏电流量级，控制在μA级别，尽量降低电流的二次损伤。
2.利用IC载板版图，对可能存在问题的线路进行逐段阻抗测试，不断缩小范围，直至确定出最小的疑似故障区域，例如确认疑似故障区域在载板第几层，具体哪些线路之间等。
3.针对IC载板确定出的疑似故障区域进行平面研磨处理，研磨方法为普通机械研磨，先用粗砂纸研磨，逐渐过渡到细砂纸研磨，直至暴露出疑似故障区域的内部相关线路(一般为铜导线)。研磨处理后的样品形貌如图7所示。
4.对处理后的IC载板进行上电，控制上电电流(1mA，4.6V)。然后利用制冷型红外探测器或非制冷型红外探测器进行IC载板热成像，锁定温度最高的区域，温度最高区域通常为漏电区域。热成像如图8和图9所示，红色区域(部分显示为黄绿色)为高温区域，即漏电故障区域。
5.利用离子研磨(CP)设备，对红外定位区域进行离子切割，离子轰击的方向垂直于板面，直至将内部的各层结构暴露出来。
6.如图10所示，利用扫描电子显微镜(SEM)或光学显微镜对漏电微区结构进行表征分析。虚线区域为分析得到的漏电故障区域。
由图7至图10可知，该方法对漏电故障位置进行了精准的定位。
实施例3
本实施例提供一种IC载板漏电故障位置的定位方法，具体包括：
1.利用阻抗测试设备对故障的IC载板进行阻抗测试，记录异常阻抗值(阻抗≤108Ω)。
测试过程中控制漏电流量级，控制在μA级别，尽量降低电流的二次损伤。
2.利用IC载板版图，对可能存在问题的线路进行逐段阻抗测试，不断缩小范围，直至确定出最小的疑似故障区域，例如确认疑似故障区域在载板第几层，具体哪些线路之间等。
3.针对IC载板确定出的疑似故障区域进行平面研磨处理，研磨方法为普通机械研磨，先用粗砂纸研磨，逐渐过渡到细砂纸研磨，直至暴露出疑似故障区域的内部相关线路(一般为铜导线)。研磨处理后的样品形貌如图11所示。
4.对处理后的IC载板进行上电，控制上电电流(10mA，0.3V)。然后利用制冷型红外探测器或非制冷型红外探测器进行IC载板热成像，锁定温度最高的区域，温度最高区域通常为漏电区域。热成像如图12和图13所示，方框内红色区域为高温区域，即漏电故障区域。
5.利用聚焦离子束(FIB)设备，对红外定位区域进行离子切割，离子轰击的方向垂直于板面，直至将内部的各层结构暴露出来(如图14所示，方框区域为漏电故障区域)。
6.如图15所示，利用扫描电子显微镜(SEM)或光学显微镜对漏电微区结构进行表征分析。
由图11至图15可知，该方法对漏电故障位置进行了精准的定位。
对比例1以截面研磨法作为对比，具体操作如下：
1.将失效IC载板灌封固化，灌封材料为环氧树脂；
2.将固化后的失效样品采用机械研磨方法垂直于板面研磨，研磨之后机械抛光；
3.利用金相显微镜或者扫描电子显微镜对抛光后的IC载板截面进行检查，寻找和定位漏电点。
图16为对比例1研磨处理后的样品形貌照片；图17为图16的局部放大图。
对比例2
以平面研磨法作为对比，具体操作如下：
1.将失效IC载板灌封固化，灌封材料为环氧树脂；
2.将固化后的失效样品采用机械研磨方法平行于板面逐层研磨，研磨之后机械抛光；
3.利用金相显微镜或者扫描电子显微镜对抛光后的IC载板平面进行检查，寻找和定位漏电点。
图18为对比例2研磨处理后的样品形貌照片；图19为图18的局部放大图。
截面研磨法和平面研磨法均存在严重的盲目性，由于完全无法预知IC载板的漏电位置，研磨过程存在随机性。为了弥补该方法不足，只能增加研磨次数，极可能多地获取IC载板截面数量，但效果极差。通过增加研磨次数来提高成功率的方法耗时耗力，平均操作时长以天为单位计算。此外，这两种方法都有极高的失败概率。IC载板的漏电位置位于其内部的介质层，漏电区域较小(特别是微小漏电情况下)，截面研磨过程容易将漏电位置研磨掉，错过漏电点，导致定位彻底失败。传统的截面研磨法和平面研磨法的成功概率不高于30％。
本申请提供的故障定位方法，基于漏电发热必然产生红外线，利用红外探测器对IC载板发热区域进行精准定位；该方法将非可视的IC载板内部漏电进行了可视化，有利于漏电区域的精确定位；基于电性能测试、版图分析、红外定位等技术手段，漏电位置精准定位的成功率大幅升高，降低了试验的失败率，成功概率不低于95％。特别是故障样品极少的情况下，保证了成功率，具有极大的工程价值；基于聚焦离子束(FIB)和离子研磨(CP)的样品纵向截面剖切精度极高，可以做到定量精确控制，提高了制样的成功率，成功概率不低于99％；该方法极大缩短了操作时长，节约了人力物力，平均操作时长仅为3～4小时。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种故障定位方法，其特征在于，包括：
利用故障IC载板的版图和阻抗测试结果预判疑似故障区域，然后对所述疑似故障区域进行研磨处理；
将所述研磨处理后的故障IC载板通电，使用红外成像设备对通电的故障IC载板进行热成像，获得温度异常区域，所述温度异常区域为漏电故障位置。
2.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述故障IC载板的阻抗小于等于108Ω。
3.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述预判疑似故障区域包括：
预判漏电故障位置的所在层和所在线路。
4.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述研磨处理包括：用粗砂纸和细砂纸依次研磨所述疑似故障区域，直至暴露出所述疑似故障区域的内部相关线路。
5.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述通电的电流小于等于10mA。
6.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述通电之前还包括：
对所述研磨处理后的IC载板进行阻抗测试，确认是否存在漏电故障。
7.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述热成像之后还包括：
对所述漏电故障位置进行纵向剖切处理以暴露具体故障位置，然后用显微镜对具体故障位置进行表征分析；
所述纵向剖切处理采用聚焦离子束、离子研磨或机械研磨方式进行。
8.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，所述研磨处理之前还包括：
将故障IC载板通电，使用红外成像设备对故障IC载板进行热成像，缩小所述疑似故障区域。
9.根据权利要求1-8任一项所述的故障定位方法，其特征在于，所述温度异常区域包括热成像之后的高温区域。
10.一种故障定位装置，其特征在于，包括阻抗检测模块、研磨模块、供电模块和红外成像模块，所述阻抗检测模块用于检测故障IC载板的阻抗，所述研磨模块用于对所述故障IC载板的疑似故障区域进行研磨处理，所述供电模块用于对研磨处理后的故障IC载板通电，所述红外成像模块用于对通电的故障IC载板进行热成像。
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