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元器件5A试验介绍（中英文)
◆PFA （Physical Feature Analysis）物理特征分析
◆DPA （Destructive Physical Analysis）破坏性物理分析
◆CA （Constructional Analysis）结构分析
◆FA （Failure Analysis） 失效分析
◆EA （Evaluation Analysis） 适用性评价分析
PFA
◆ PFA （Physical Feature Analysis）物理特征分析
针对进口器件采购及使用过程中遇到的仿冒、翻新问题，为验证和鉴别器件的标识、材料、结构、芯片版图和制造质量是否符合原厂规定或工艺特征，通过对采购批抽取器件样本的方式，采用系列试验对器件进行检查和分析，并对识别为非原厂工艺（假冒/后期翻新/改标等）的样品批进行剔除。
◆ 要素
● 样品抽样
● 破坏性试验
● 针对采购批
● 原厂特征数据
DPA
◆ DPA （ Destructive Physical Analysis ）破坏性物理分析
针对元器件生产批的工艺水平及过程控制水平，以验证元器件的设计、结构、材料和制造质量是否满足有关规范的要求或预定用途为目的，通过生产批抽样的方式，采用一系列方法对元器件进行非破坏性和破坏性的检查和分析，从中获取元器件的批质量信息。
◆ 要素
● 样品抽样
● 破坏性试验
● 针对工艺过程形成的缺陷
● 不可筛选缺陷
● 结果代表生产批质量情况
CA
◆ 概述
元器件的固有可靠性是由元器件的结构设计和生产控制所决定的。
如果生产控制不严，就会导致器件内部存在工艺缺陷，如果不能通过有效手段剔除，也会造成可靠性影响。——DPA剔除
如果结构设计不合理，就会导致元器件的固有可靠性不高，由此带来的问题如果发生在使用阶段，就会给型号任务造成重大影响。
——结构分析剔除
◆ CA （Constructional Analysis）结构分析
针对元器件结构设计的潜在隐患，从元器件的设计、工艺选择和评价等阶段先期介入，通过对元器件结构、工艺、材料的综合评价，分析是否存在对于预定使用环境（如宇航应用）的可靠性隐患和潜在失效机理，最终给出元器件设计对于预定使用环境的适用/限用/禁用结论。
◆ 要素
选取典型样品
破坏性试验（横向纵向解剖）
针对结构设计、材料选取、工艺实现原理
结合失效机理和失效分析数据库
结论针对使用环境给出（适用/限用/禁用）
器件仿冒翻新的典型类别 |
识别类型 | 主要特征 | 备注 |
伪劣器件 | 原厂芯片、非原厂封装 | — |
残次器件 | 内部断丝、无芯片等 | — |
假冒器件 | 二线厂家芯片、标识重印 | 仿制或相似功能替代 |
拆机翻新片 | 引脚重镀、重新植球、标识重印 | 常见陶瓷器件 |
混批器件 | 原厂芯片、标识重印、批一致性差 | — |
质量等级造假器件 | 原厂芯片（低等级）、标识重印 | 常见商业级改工业级 |
伪国产器件 | 采购进口器件，改标为国产器件 | — |
走私器件 | 采购进口新品，装板走私入境后，拆板翻新 | — |
Structure of conventional package 传统封装结构 Wafer IC failure mode
Failure Classification
Physical Failure (Structure) 物理失效（结构）
- Popcorn 爆米花效应
- Delamination 分层
- Crack (Package/Die) 开裂（封装 / 芯片）
Electrical Failure (Connection) 电性失效（连接）
- Open 开路
- Short 短路
- Leakage 漏电
- Function 功能失效
In-Process Failure (Production) 制程失效（生产）
- Front-end (before molding) 前段（塑封前）
- Back-end (After molding) 后段（塑封后）
- Testing (FT/Burn-in) 测试（功能测试 / 老化测试）
Reliability Failure (Qualification) 可靠性失效（认证）
- Temperature 温度
- Humidity 湿度
- Pressure 压力
- Voltage 电压
Popcorn 爆米花效应（爆裂）
Failure Mechanism 失效机理
(1) Moisture absorption (L-1: 85℃/85%RH) (L-3: 30℃/60%RH)
吸湿性：1级：85℃/85% 相对湿度 3级：30℃/60% 相对湿度
(2) Moisture vaporization during heating (Reflow, 235℃/10s)
加热过程中水分汽化（回流焊，235℃/10 秒）
(3) Vapor force separating (delamination) 蒸汽作用力导
致分层
(4) Popcorn forming 形成爆米花效应（封装开裂、空洞塌陷）
(5) package crack 封装裂纹
(6) Collapsed void 坍塌型空洞
TQFP package (bottom popcorn)
薄型四方扁平封装（底部爆米花效应）
FBGA package (top popcorn)
细间距球栅阵列封装（顶部爆米花效应）
Delamination 分层（剥离）
(1) Die surface (EMC/chip) 芯片表面（环氧模塑料 / 芯片）
(2) Leadframe (EMC/leadframe) 引线框架（环氧模塑料 / 引线框架）
(3) Die Attach (chip/pad) 芯片粘贴层（芯片 / 焊盘）
(4) Pad bottom (pad/EMC) 焊盘底部（焊盘 / 环氧模塑料）
结构图示：金丝、引线框架、芯片、环氧模塑料、芯片焊盘、裂纹
Crack 开裂（破裂）
EMC Crack 环氧模塑料开裂（胶体破裂）
Die Crack 芯片开裂（晶片破裂）
结构图示：引线框架、金丝、芯片、芯片焊盘、环氧模塑料、裂纹
序号 | 封装开裂类型 | 表观形状 | 问题 |
1 | 封装背面开裂 | | 防潮性能下降（降幅最小） |
2 | 封装侧面开裂 | | 防潮性能下降（小幅下降） |
3 | 跨越键合丝的开裂 | | 金丝损伤、开路；防潮性能下降 |
4 | 封装正面开裂 | | 金丝损伤、开路；金丝键合脱落；防潮性能下降 |
Assembly Flow 组装流程
常规封装
研磨→切割→粘片→键合→塑封→印字→切筋成型→电镀→测试→包装出货
载带封装
研磨→切割→载带→内引线键合→灌封固化→印字→测试→包装出货
Wiring Bondability (TSOP/BGA)
引线键合性能（薄型小外形封装 / 球栅阵列）
Shift bonding (short/leakage, W/B) 键合偏移（短路 / 漏电，金丝键合）
金球脱落（开路，金丝键合）
Ball over-bonding (short, W/B) 过度键合（短路，金丝键合）
金球颈部断裂（金丝键合）
Ball neck crack (W/B)
金球颈部开裂（金丝键合）
根部断裂（开路，金丝键合）
Inner Lead Bondability (TCP/COF)
内引线键合性能（载带封装 / 覆晶薄膜）
未键合（开路，内引线键合）
Poor bonding (open, ILB)
凸点过薄（开路，内引线键合）
键合不良（开路，内引线键合）
Thin lead (open, ILB)
引线过细（开路，内引线键合）
合金气泡（短路，内引线键合）
IL shifted (short, ILB)
内引线偏移（短路，内引线键合）
Metal bridged (short, ILB)
金属桥连（短路，内引线键合）
凸点压溃（短路，内引线键合）
Bondability (Bonding Force) 键合性能（键合力）
function→Leakage→Short 功能失效→漏电→短路
Normal bondability 正常键合
SiO2 layer is damaged 二氧化硅层受损
After crating testing 高温测试后
KNO3 solution etching 硝酸钾溶液蚀刻
Remove gold-ball bonding 去除金球键合
Inspect Al-pad 铝垫检测
X-RAY Inspection (NDT) X 射线检测（无损检测）
2nd BondingBroken 二次键合断裂
Open Failure 开路失效
Inner wire neck broken 金丝颈部断裂
Chip damaged to impact the wire
Foreign insulator stuck on lead 引脚上附着绝缘异物
Chip damaged to impact the wire 芯片损伤影响金丝
Pad contamination by Auger Spectrum 俄歇光谱检测焊盘污染
TSOPII 54L LOC (in-process open failed)
薄型小外形封装二代 54 引脚 LOC（制程开路失效）
PLCC 32L (Reflowing open failed)
塑料引线芯片载体 32 引脚（回流焊开路失效）
检测方式：
X-Ray Microscope X 射线显微镜
Optical Microscope, 40X 光学显微镜（40 倍）
SAT C-SCAN, die surface 声学扫描显微镜（芯片表面）
SEM, 300X 扫描电子显微镜（300 倍）
Open bonding is not easily detected by XRM However, after EMC decapsulation, 2nd bonding lifted is exposed by optical microscope。 说明：X 射线难以检测开路，去胶后光学显微镜与扫描电镜可清晰观察二次键合脱落。
Bending Test 弯曲测试
Vibration Test 振动测试
Output Y41 输出端 Y41 电流电压曲线
DC test open (Fail) 直流测试开路（失效）
Open position 开路位置
TFT Panel 薄膜晶体管面板
ACF area 各向异性导电胶区域
SEM found concave and micro-crack (1800x) 扫描电镜观察到凹坑与微裂纹（1800 倍）
SEM observed output lead broken (2000x) 扫描电镜观察到输出引线断裂（2000 倍）
Open Failure 开路失效
TCP Product Inner Lead Bonding Broken 载带产品内引线键合断裂
TCP Product Resin Cause Broken 载带产品树脂导致断裂
TCP Product Inner Lead Peeling 载带产品内引线剥离
Short Failure 短路失效
Over-compressed bonding 过度压合键合
Shifted bonding 键合偏移
Split epoxy between leadframe 引线框架间环氧树脂开裂
Chip circuit burn out 芯片电路烧毁
Wire lay on substrate finger to short
金线搭接基板指状线路导致短路
Sn whisker to connect two pins 锡须连接两引脚
After PCT tests, solder growth 压力蒸煮测试后焊料生长
Unloading from PCB, solder bridged 从电路板卸载后焊料桥连
Short Failure (Tin Whisker) 短路失效（锡须生长机理模型）
1. Substrate Elements (Cu, Zn, etc.) Diffuse into Sn Along Grain Boundaries.
基底元素（铜、锌等）沿晶界扩散进入锡层
2. Intermetallic Compound (IMC) may form preferentially in Grain Boundaries.
金属间化合物优先在晶界形成
3. As a Result, Stress Builds in Sn Layer (Compressive Stress)
锡层内部产生应力
4.To Relieve Stress, Whiskers EXTRUDE thru Ruptures in Sn Oxide.
为释放应力，锡须穿过氧化层破裂处挤出
结构：锡须、氧化锡、锡层、金属间化合物、基底（铜）、晶界裂纹
Short Failure 短路失效
Sn over-plating to lead short on tape 载带镀锡过厚导致引线短路
Chip scratched to cause circuit short 芯片划伤导致电路短路
Needle-like Sn grow to short while bonding 键合时针状锡生长导致短路
Au pad bubble to short while bonding 键合时金垫气泡导致短路
Leakage Failure 漏电失效
IC Circuit burn-ou 集成电路电路烧毁
Corner die crack 芯片边角开裂
Die crack 芯片开裂
Corner Chipping 芯片边角崩边
Top Temperature = 35℃ 顶部温度=35℃
Function Failure 功能失效
Assembled Related – Machine/Man Damaged
组装相关 —— 设备 / 人为损伤
Corner chipping 芯片边角崩边
Side chipping 芯片表面划伤
Chip surface scratch 侧面崩边
Assembled Related – Environment (Particle Damaged)
组装相关 —— 环境（颗粒损伤）
Particle damaged (~20um) 颗粒损伤（约 20 微米）
Particle damaged (~10um) 颗粒损伤（约 10 微米）
ESD Cases of Driver ICs
驱动芯片静电放电案例
D-company, EOS/ESD wiring burn-out to short D 公司：电过应力 / 静电放电线路烧毁短路
H-company, internal burn-out to short, ESD under pad H 公司：内部烧毁短路，焊盘下静电放电（静电防护元件～保险丝）
Difference between ESD and EOS
静电放电与电过应力的区别
对比项 | ESD=ElectroStatic Discharge (ESD)静电放电（ESD） | (EOS)EOS = Electrical Over Stress电过应力（EOS） |
Appearance ofdamage(tendency)损伤外观趋势 | Thelocation of damageis very small and cannot beidentifiedbyvisuallyexamining the semiconductor chip 损伤位置极小，肉眼无法识别芯片损伤 | If the energy of EOSislargeof damage,suchas breaksin wiring on the chipduetomelting,discoloration, andburning of thepackage, canbe recognized.If the energy is small,itisdifficulttodistinguishdamage causedbyEOS from that causedbyESD. 能量大时可见芯片线路熔断、封装变色烧焦；能量小时与静电放电难以区分 |
Processof failure 失效过程 | Electric charge damages theICchipof semiconductor device whenit dischargesthrough the device 电荷通过器件放电时损伤芯片 | A semiconductor deviceis damaged byapplicationofan overvoltage or overcurrent while thedeviceisoperating (while the characteristics of thedeviceare beingusedby theuser) 器件工作时过压 / 过流导致损坏 |
Cause of failure 失效原因 | Discharge due to contactof acharged body with thepins of a semiconductordevice or discharge of anelectriccharge that takes placeinthedeviceitself because of friction or othercauses. 带电体接触引脚、摩擦等自身放电 | Generation of Latch-up, surge duetoturningpower on or off andmeasuring instruments onor off.,short-circuit of theload, solder chips, andpatternsshort circuitby metallic foreignobjects. 闩锁效应、开关机浪涌、负载短路、焊渣与金属异物短路 |
Photograph of chip 芯片照片 | | |
Major Mode of Damages by ESD
静电放电主要损伤模式
Damage to oxide film (Gate oxide failed) 氧化层损伤（栅氧化层失效）
Gate film is only 10nm 氧化层仅 10 纳米，极易受损
Junction destruction (Junction Breakdown) 结击穿（结损坏）
- Reverse bias 反向偏置
- Current concentration 电流集中
- Shallow is easy 浅结易损坏
Melting of wiring film (Wiring burn-out)线路膜熔断（线路烧毁）
- Thermal destruction 热损坏
- ESD (fine Al wiring is melted) 静电放电损坏细铝线
- EOS (coarse Al wiring) 电过应力可损坏粗铝线
- Thin is easy
IC design trend: 集成电路设计趋势：
Gate film is thinner 栅氧化层更薄
Junction is shallower 结更浅
Al wiring is thinner 铝线更细→ 片上静电放电保护电路
Structure/Property 结构/性能
Material 材料
Process 工艺
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