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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2025-07-27 09:11
在進(jìn)行樣品可靠性測(cè)試活動(dòng)中,發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)型號(hào)樣品經(jīng)溫度循環(huán)測(cè)試后進(jìn)行DPA時(shí)發(fā)現(xiàn)芯片的四角存在細(xì)微的鈍化層裂紋。典型形貌見下圖所示

另一顆芯片右下角裂紋形貌如下所示

初步結(jié)論:芯片進(jìn)行溫度循環(huán)時(shí),因材料CTE不匹配,芯片熱脹冷縮時(shí)的機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致芯片鈍化層破裂。

注:芯片各材料典型的CTE參數(shù)
翻閱文獻(xiàn)資料,發(fā)現(xiàn)有一篇文章可以解答這個(gè)問題產(chǎn)生的根因以及利用ANSYS仿真驗(yàn)證回歸解決方案是否有效的方法。

本文的作者也遇到了一樣的問題:被測(cè)樣品進(jìn)行溫循測(cè)試后,在芯片四周邊緣位置發(fā)現(xiàn)鈍化層裂紋。

裂紋產(chǎn)生的原因:溫度循環(huán)時(shí),各個(gè)材料CTE不匹配產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致。那么如何解決呢?
通過一次一次的試錯(cuò),重復(fù)投入小批量生產(chǎn)后然后進(jìn)行可靠性驗(yàn)證?當(dāng)然不是了,如果這樣做的成本太高了,因此本文介紹了通過仿真驗(yàn)證找到解決方案。
具體方案分為如下兩步:
1、用ANSYS進(jìn)行故障模型驗(yàn)證,確認(rèn)模型準(zhǔn)確性。
1) 先跑全局:把整個(gè)封裝丟進(jìn) ANSYS,網(wǎng)格故意粗一點(diǎn),只求出位移場。
2) 切一刀:在芯片四角畫個(gè)“小方框”,把全局算出的節(jié)點(diǎn)位移當(dāng)作邊界條件貼上去。
3) 再跑局部:只對(duì)這個(gè)“小方框”加密到50nm級(jí)網(wǎng)格,真正去算多層鈍化層的應(yīng)力。
實(shí)現(xiàn):全局給位移,子模型算應(yīng)力,二者接力完成nm級(jí)失效定位。

完成模型搭建后,進(jìn)行故障模型仿真驗(yàn)證,最終ANSYS仿真結(jié)果和實(shí)際吻合。

2、設(shè)計(jì)改善方案,使用ANSYS仿真驗(yàn)證改善方案的有效性。
作者設(shè)計(jì)了7組改善的鈍化層結(jié)構(gòu),在同樣 -55 °C / 150 °C 條件下重新仿真。

仿真結(jié)果如下:設(shè)計(jì)6最優(yōu),應(yīng)力可降低到原來的65%。

本文通過ANSYS仿真確認(rèn)問題產(chǎn)生根因,并通過仿真驗(yàn)證改善效果,大幅縮短了驗(yàn)證周期并降低了驗(yàn)證成本,因此通過仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)將會(huì)是一個(gè)大趨勢(shì)。

來源:Top Gun 實(shí)驗(yàn)室