随着集成电路朝着更高集成度和更小体积方向发展,人们对芯片的可靠性及使用寿命的要求不断提高。静电放电(ESD)导致过电涌烧毁是内部最容易出现的失效原因,而引线键合作为半导体封装重要的后道工序,影响着电路在长时间使用下的可靠性,经过统计,键合失效已经占到整个半导体器件封装失效模式的30%。因此,借助失效分析找到芯片的失效机理,通过加固ESD防护电路,严格把控封装环境,改进封装材料和键合工艺等方法,可切实提高封装电子元器件的可靠性。本文针对的是常用于智能手机、平板电脑等小型电子设备上的某处理器IC芯片,通过对该芯片的一批失效样品中选取其中两个不同失效模式的样品进行精确地失效分析,得到这两个样品的失效机理并进行风险评估。主要研究内容包括对失效样品采用各种微分析测试,通过试验数据和失效形貌对其失效机理进行分析,并根据不同的失效模式对其进行改进加固措施的研究。本文针对失效样品制定了一套详细的失效分析计划,并对选取的两个样品进行失效分析测试。其中一个采用铜线键合失效样品在电性能测试时断路且通过电镜观察发现脱焊,在进行键合强度测试时,选取10条引线IMC覆盖率测试均值为75.73%,选取20个键合点在进行剪切测试时有16个结果介于2~13gF之间,且均值为10.176gF,因此都未通过IMC覆盖率(≥85%)和采用该键合方式所对应焊球直径的剪切测试(均值≥14gF)业界标准。EDX分析发现氯元素及其高电阻腐蚀产物氢氧化铝(氧化铝),因此判断该样品可能在封装、存储或运输过程中受到空气杂质污染腐蚀。接着针对该失效样品进行改进加固,分别采用镀钯铜线和金线对失效样品键合材料进行加固,并分别选取10条引线进行IMC覆盖率测试,其均值为镀钯铜线88.07%,键合强度提升16%;金线85.38%,提升12%,超过业界标准(≥85%),剪切测试也远超标准,键合牢固。分析研究发现,由于镀钯铜线键合的薄层钯覆盖在铜线外层,金线键合由于金对铝焊盘的包覆性能良好,都可有效避免被空气氧化和外界杂质元素的侵蚀。最后对键合参数进行改进加固,并对键合工艺和封装材料改良提出一些建设性意见。另外一个失效样品的某引脚在电特性测试与同类良好芯片对比出现短路,通过热红外定位到失效位置后,用电镜观察负责输出的pin3引脚附近出现ESD过电涌烧毁,在对pin3附近的内部剖面观察后,发现输出端口的ESD钳位保护器件GGPMOS出现了栅氧击穿。因此,本文对失效样品的改进加固方法进行了探索性地研究,除了对ESD输入输出端口的钳位器件进行了理论上的改进与选择,使其在ESD冲击输出端口时能够快速高效地开启工作,同时对电源钳位电路也进行了探索性研究,设计了一种具有反馈调节的电源钳位电路,提高ESD来临时钳位MOS的开启时间,使大电流能够充分通过钳位MOS泄放,保护各个引脚之间和内部电路免受大电流长时间冲击而烧毁。