案例一
芯片是款总线收发芯片,结构简单,工艺成熟,已经市场推广了一段时间。但是客户反馈说某一批次中个别芯片会出现指标不达标的情况,所以该芯片便转入到实验室这里进
行分析。
该芯片之前批次都很正常,首先排除了设计问题,与用户沟通后又排除了ESD/EOS问题,且这一批次的PCM参数也没有异常,初步推测问题出在封装或工艺制造上。之后送到专业的第三方机构进行FA,问题芯片和正常芯片的Thermal集中区别在Bandgap与输出级处,之后便利用探针台对Bandgap进行电学参数测量,此时出现了诡异的现象:decap后的芯片在探针台下的性能比开盖前糟糕,根据多次摸索,实验人员反馈芯片具有光敏特性,在黑暗环境下芯片性能会好一些,而在探针台LED的照射下性能会差。笔者第一时间并不认可这一结论,认为可能是Bandgap的温度系数有问题,又在温箱中进行了测试,发现温度并不能引起如此大的性能波动。经过多次验证,问题芯片确实对光比较敏感,笔者又decap了多颗芯片,发现这一批次或多或少都有光敏特性,而问题芯片的这一特性较为明显,直接影响了芯片功能。芯片在可见光范围内具有光敏特性这一结论不合常理,笔者联系了在高校任教的师兄对芯片的光学特性进行表征,在紫外-可见-红外分光光度计下对该批次芯片的吸收光谱进行测量,数据如下图:图二.问题芯片与正常芯片UV-VIS-NIR Spectrometer 测量结果。问题芯片与正常芯片的反射光谱确实存在很大差异,尤其是在200nm~320nm和500nm~900nm的光谱范围内(因为芯片和封装底座不平整,光路损耗较大,只有正常芯片与问题芯片的对比才有意义)。实验数据证明了问题芯片确实具有光敏特性,在200nm~320nm和500nm~900nm的光谱范围内问题芯片与正常芯片的反射率有一定差距,而这部分可见光是被问题芯片所吸收。该结果背离常识,因为正常的芯片工艺中是不会引入吸收光谱位于可见光区的物质。而且尚不清楚光敏特性是如何影响电学特性的,究竟是芯片在封装前吸收了可见光导致电学特性发生异变,还是电学特性异常激发了某些物质对可见光的吸收,这些都不得而知。这个问题要想深究的话,需要更细致的测量手段,因为失效比例在可接受的范围内,后续就增加了筛选条件将这部分芯片筛出去了。笔者只能推测是芯片在制造过程中被不知名的物质污染,从而赋予了Bandgap光敏特性。案例二芯片是款高精度ADC芯片,第一次流片回来后功能都正常,只是性能上有些许瑕疵,所以就进行了小范围的改版,将输入模块的几个NMOS断开。但是二次改版回来的正常率只有20%,且出现的问题五花八门:电源地短路,IO短路,上电异常,输出异常等。笔者第一时间怀疑是封装应力打坏了PAD下方的有源器件,笔者有过类似的失效经验,但是后续实验推翻了这一推测。而进一步的失效分析依然是一无所获,因为失效点和失效症状都不尽相同,很难总结出规律,后来笔者与业内大佬进行交流后提出一个新的推测:如图四所示,因为要控制成本只改一层金属,改版时只把Drain端断开,其余端口都还保持正常的连接关系,正是如此在电路中引入了不定态,对整个电路带来了风险。虽然改版后也进行了仿真,但不论是前仿还是后仿都没有暴露出问题。可芯片上电后还是发生了失效,如果将MOS四端都接地可能会避免失效。笔者还是很疑惑为什么某一模块中引入的不定态,会对整个系统带来如此大的损害,甚至能让电源地直接短路。
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