本頁導覽 ‧ OVERVIEW
NON-DESTRUCTIVE FIRST · 看見內部，但先不改變內部
同一顆封裝，要用電、光、X 光與聲音問不同問題
電性驗證確認症狀；光學看表面；X-ray 看密度投影；C-SAM 對界面與空氣間隙敏感。工具不分高低，關鍵是它的物理訊號能不能回答案件問題。
I–V Signature確認失效是否可重現
DensityX-ray 穿透路徑
InterfaceC-SAM 聲阻抗差
真實案例：C-SAM 指示的分層位置，後續由失效分析確認。Credit: NASA/JPL NEPP, slide 11.
從症狀到可疑界面的五個問題
01 · Reproduce — 重現電性簽章先以 curve tracer、ATE 或功能測試確認 open、short、leakage 或參數漂移，並保留良品對照。
兩章學習目標
預估 80–100 分鐘
一句話：動刀之前的兩隻眼睛——Ch3 用三個非破壞工具「透視」進封裝內部(光學看表面、X-ray 看連接、C-SAM 看界面),Ch4 用電把失效「釣」出來(先確認可重現,再從 I-V 曲線讀出開路/短路/漏電)。這兩章都在黃金定律的「非破壞優先」這一側——不切、不開,先看清楚。
中文重點本頁的每個技術都掛 非破壞 ND 徽章——這正是教學重點:整頁沒有一個破壞性動作,全都在「先看清楚、先確認」的階段。四問法(偵測什麼/原理/破壞性·正背面/何時用)會反覆出現,這是全課讀每個技術的統一框架。
Ch3 ‧ Optical Microscopy
Optical Microscopy
光學顯微鏡
失效品到手的第一眼——快、便宜,但只看得到看得見的地方。很多線索其實肉眼加放大鏡就找得到。
非破壞 ND正/背面皆可解析度 ~0.2µm
① 偵測什麼
表面裂痕、變色/燒痕(EOS 訊號)、腐蝕、汙染異物。
② 原理
可見光透鏡成像;解析度受數值孔徑(NA)與波長限制,繞射極限 ~0.2µm。
③ 破壞性?正/背面?
完全非破壞 看表面;不透光材料(封膠/矽)看不穿。
中文重點換個「打光方式」就能看到完全不同的缺陷,這是光學最省錢的升級:明場(預設,反射率/顏色對比)、暗場(斜照,只收散射光→抓刮痕/顆粒/邊緣)、DIC(把微小高低差變成對比)、螢光(染色後抓髮絲裂)。天花板:看不穿封裝、看不進矽內部→交棒 X-ray/C-SAM。
Ch3 ‧ X-Ray ‧ ★
X-Ray Imaging Simulator
X 光透視模擬器
X-ray 的關鍵字是吸收對比:密度/原子序愈高吸收愈多,金屬打線、錫球亮、封膠與孔洞暗。不開封就能看內部連接。找出封裝裡藏的 3 個缺陷。
非破壞 ND看穿內部・無需開封
CAD overlay 與 CT 的取捨
現代 X-ray 可把 CAD 佈局疊在影像上,直接指出「缺了哪個焊點」。CT(旋轉數百張投影→重建 3D)能不切就看虛擬剖面,對 2.5D/3D 先進封裝特別有用,但速度慢很多、解析度與樣品尺寸互相拉扯。(Desk Ref 7e S2《X-Ray Imaging》p.62–65)
中文重點X-ray 是找封裝內部「連接」問題的第一工具:wire sweep(打線偏移→短路)、void(焊點/黏晶孔洞→製程)、斷線/開路、錫球缺陷(BGA bridging/missing)。2D 快、CT 完整但慢。
Ch3 ‧ C-SAM ‧ ★
C-SAM Acoustic Simulator
聲學顯微模擬器
C-SAM 的關鍵字是聲阻抗差:超音波遇到界面就反射,遇到空氣間隙(分層)幾乎全反射且相位翻轉——這就是分層抓得又快又準的原因。
非破壞 ND需泡水耦合一次一個界面深度
中文重點判讀口訣:「紅色警戒,脫層所在」——但一定要有良品當對照基準(同封裝、同 gate 設定)才能下結論。良好界面反射有固定相位,空氣間隙讓相位翻轉,軟體用紅色標示。時間閘控(time-of-flight gating) 選擇要看哪一層界面。
Ch3 ‧ Compare & Choose
Which Tool?
三工具比較 ＋ 選工具
三個工具互補而非誰比較好:光學看表面、X-ray 看密度/連接、C-SAM 看界面分層——一個案子常常三個一起用。把 6 張缺陷卡拖到對的工具。
中文重點光學:表面裂痕/燒痕/腐蝕,解析度最細(~0.2µm)但只看表面。X-ray:wire sweep/void/開路,靠密度對比看內部連接,2D 快 CT 慢。C-SAM:分層/popcorn 裂/黏晶孔洞,靠聲阻抗差看界面,解析度較粗、需泡水。
Ch3 ‧ Case Insert
MSL Popcorn Insert
案內插曲:吸濕爆米花教學合成案例
一個把三工具串起來的短案例(完整偵探案件在本頁末):
📁 CASE INSERT ‧ 吸濕分層事件
現象:一批封裝件回焊後外觀鼓包、甚至有爆裂聲。
①C-SAM:die attach 界面出現紅色反射區(相位翻轉)→判斷分層。
②X-ray:確認打線無位移→排除連接問題。
③剖面驗證:物理剖面確認分層位置與範圍。
根因:封裝吸濕超過 MSL 規範後直接回焊,水氣汽化在界面造成 popcorn 分層。對策:管控存放濕度與 floor life、回焊前除濕烘烤(bake-out)。
Ch4 ‧ Curve Tracer ‧ ★★本頁旗艦
Curve Tracer Lab
特性曲線判讀實驗室
Curve tracer 一支一支腳掃過去,每支腳的曲線形狀就是它的體檢報告。大多數 IC 接腳因內部 ESD 保護二極體,正常時看到的就是一條二極體曲線。先學五種標準波形,再實測、再測驗。
非破壞 ND先限流・先低壓
中文重點五種波形記起來就能秒判方向:正常二極體(順向陡導通、逆向漏極低)、開路(貼零水平線)、短路(垂直過原點)、電阻性漏電(斜直線,多了不該有的並聯電阻)、軟失效(轉折圓鈍偏移,最易被忽略)。曲線特徵決定下一步定位技術:short→PEM/OBIRCH 找熱點、leakage→PEM 找發光點、soft→LADA/SDL。
Ch4 ‧ Transistor Characterization
MOSFET Vt Shift
電晶體特性與臨界電壓偏移
Vt 偏移是「電晶體老化或損傷」的電性指紋,而且偏移方向本身帶有診斷意義。拖損傷程度,看轉移曲線移動。
中文重點Vt↑ 常對應閘氧陷入電荷(熱載子/NBTI 類劣化);Vt↓ 或截止漏電升高 常對應閘氧損傷或接面漏電。方向本身就透露機制。後續可用奈米探針(Ch8)對單顆電晶體量 I-V,精準鎖定漂移的是哪一顆。
Ch4 ‧ EOS vs ESD (Electrical)
EOS vs. ESD — Electrical
電性簽章對決
同樣是不良曲線,範圍完全不同——這是要牢記的判斷關鍵:EOS＝多腳、電源軌、電阻性到近短路;ESD＝單腳、靠 I/O、漏電/軟短路。把 6 個情境判進正確的桶。
中文重點從電性資料就能先猜八成:多腳同壞、Icc 全面異常→EOS(誤用電源/latch-up);單腳孤立漏電→ESD(靜電處理/防護不足),再交給 Ch5 定位工具驗證。這也決定了下一章要選哪一種故障定位技術。
Ch4 ‧ Wrap
Verification: the Gatekeeper
電性驗證四問總結
① 偵測什麼
失效是否真實可重現、開路/短路/漏電/軟失效、哪支腳、EOS vs ESD。
② 原理
量 I-V 曲線;curve tracer 掃雙極電壓;datalog 讀 bin/失效測項。
③ 破壞性?正/背面?
非破壞・可重複 不消耗樣品,每一階段都能重測。
④ 何時用
FA 流程第一個技術步驟:守門員,先確認再動手。
中文重點電性驗證是整個 FA 流程的守門員:先過濾掉 NFF,把資源留給真正的失效。它給出的訊號(哪支腳、哪種曲線、哪個測項)直接決定 Ch5 要選哪一種定位技術。
整合 ‧ 你的第二件案子
Case File #2
偵探案件:回焊後大量陣亡的模組
這次是一批失效品。用非破壞三工具＋電性驗證,把它辦成一件封裝級的案子。
中文重點這件案子全程非破壞優先:一批件先做 C-SAM(批量、非破壞)抓分層、X-ray 佐證,最後才剖面驗證。當「同批多顆一起壞」時,要往製程/管制層級想(這裡是 MSL 濕度管制),而不是單顆隨機缺陷。
隨堂測驗 ‧ QUIZ
Quiz — Ch3 + Ch4
本頁測驗(18 題，分章計分)
逐題作答即時看回饋與解說。(教師模式:已直接標出答案)