首頁 技术文库 IC电性异常,四大工具InGaAs、OBIRCH、Thermal EMMI、QDm该选哪台找亮点?

IC电性异常,四大工具InGaAs、OBIRCH、Thermal EMMI、QDm该选哪台找亮点?

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IC电性异常,四大工具InGaAs、OBIRCH、Thermal EMMI、QDm该选哪台找亮点?

by Hsinyi

发布日期:2026/10/06 亮点定位分析
发布单位:iST宜特

当 IC出现电性异常,工程师最希望能快速精准地找到异常亮点(Hot Spot)。然而,亮点分析机台有好几种,到底该怎么选才不会白忙一场?

在宜特故障分析(EFA)实验室的实务经验中,「如何依据样品电性特征选对定位工具」是许多工程师最常面临的痛点。

本期小学堂将分享如何透过InGaAs、OBIRCH、Thermal EMMI等设备,厘清四大电性异常现象,协助您顺利找出故障位置,省时省力又省成本!

亮点定位分析

亮点定位分析

  • 一、第一步:先透过 IV-Curve 厘清四大电性异常现象

    当IC运作不符合设计者预期时,应先对IC异常脚位进行参数分析仪(IV-Curve)量测。透过量测获得的电流与电压关系图(图一),可将电性异常现象归类为四种模式:

    亮点定位分析 图一:IC 电性异常 IV-Curve 判读示意图(蓝线:正常品 G / 红线:异常品 F),藉以判断IC电性异常属于哪一种模式。(图片来源:iST宜特)

    图一:IC 电性异常 IV-Curve 判读示意图(蓝线:正常品 G / 红线:异常品 F),藉以判断IC电性异常属于哪一种模式。
    (图片来源:iST宜特)

    (一)漏电(Leakage):

    在正常工作电压下电流异常偏高,表示组件内部存在微小的非预期漏电路径,例如闸极氧化层破坏 (Gate Oxide Breakdown)、PN 接面漏电 (Junction Leakage)等。虽未完全「死短路」,但会导致功率消耗暴增或发热。

    (二)高阻抗(High Resistance):

    导通电流低于正常状态,特性曲线向右偏移。代表线路阻抗过大,需要更高的电压才能驱动微弱电流。常见于 Via / Contact 接触不良、金属线路微裂(Micro-crack)、Void(空孔)或冷焊。

    (三)短路(Short):

    两端点(如 VDD 与 GND)间的阻抗趋近于零,代表两端点直接完全导通,原本该有的开关与闸极控制完全失效,只要施加极微小的电压,就会引发极大的电流。常见于金属桥接(Metal Bridge)、ESD打穿或介电层针孔(Pinhole)。

    (四)开路(Open):

    线路完全断路(Break / Disconnect),形成无穷大阻抗,电子完全无法通过。常见于 Bump 脱焊、Bonding Wire(打线)断裂、Metal 线路完全烧断。

  • 二、第二步:怎么选?四大电性异常 x 机台最速配策略

    在完成 IV-Curve 判读后,下一步就是「选对工具」。每一款亮点定位工具都有极限,宜特科技EFA电性分析团队根据多年的经验,为您整理出最有效率的机台选用逻辑:

    (一) 漏电(Leakage):先用 InGaAs分析

    发现 IC 有漏电情形,我们多半会先用 InGaAs(砷化镓铟微光显微镜) 分析。

    1. 为什么首选 InGaAs?
    因為漏電多半發生在 Gate Oxide 擊穿或 PN 接面,電子與電洞複合時會釋放出微弱的光子(1100 nm 附近)。而InGaAs對微光的靈敏度極高,不僅能在極微小的微安培(μA)等級電流下抓到亮點;晶片正面佈滿金屬走線,漏電發出的光根本穿不透,只能把晶片從背面(Backside)研磨打薄,從底下的矽基板往上查找異常點。而InGaAs 的感測波長對矽(Si)基板穿透率極佳,,因此自然成為「漏電 + 背面(Backside)定位」時無可取代的首選。

    亮点定位分析 因為漏電多半發生在 Gate Oxide 擊穿或 PN 接面,電子與電洞複合時會釋放出微弱的光子(1100 nm 附近)。而InGaAs對微光的靈敏度極高,不僅能在極微小的微安培(μA)等級電流下抓到亮點;晶片正面佈滿金屬走線,漏電發出的光根本穿不透,只能把晶片從背面(Backside)研磨打薄,從底下的矽基板往上查找異常點。而InGaAs 的感測波長對矽(Si)基板穿透率極佳,,因此自然成為「漏電 + 背面(Backside)定位」時無可取代的首選。

    图二: InGaAs亮点侦测示意图
    (图片来源:iST宜特)

    2. 何时改用其他机台?
    遇到样品无法 Decap、漏电电流过大导致热效应远大于发光,或属于多层堆栈(Stacked Die),我们才会改用 Thermal EMMI (InSb) 或 OBIRCH (激光束电阻异常侦测)分析。

    3. 宜特建议:
    若样品允许背面开盖/背面研磨,建议「优先做 Backside InGaAs」,成功率且分辨率较高;若为不可破坏的完整封装,建议先以 Thermal EMMI 锁定大致热区,再搭配X-ray确认异常热源位置。

    4. 案例示范:
    施加偏压下,芯片呈漏电异常。晶背研磨后进行 InGaAs 分析,传感器迅速捕捉到缺陷处电子-电洞复合释放出的微弱光子,并精准呈现出数个蓝色亮点(Hotspots),成功为后续的 FIB 切片与 TEM 物性分析(PFA)定位精确缺陷。

    亮点定位分析 施加偏压下,芯片呈漏电异常。晶背研磨后进行 InGaAs 分析,传感器迅速捕捉到缺陷处电子-电洞复合释放出的微弱光子,并精准呈现出数个蓝色亮点(Hotspots),成功为后续的 FIB 切片与 TEM 物性分析(PFA)定位精确缺陷。

    图三:透过InGaAs定位出漏电位置
    (图片来源:iST宜特)

    (二)高阻抗(High Resistance):先用 OBIRCH分析

    若IC 呈现高阻抗异常(如 Contact/Via 阻抗偏高、线路微裂),我们多半会先用 OBIRCH(激光束诱发阻值异常侦测) 分析。

    1. 为什么首选 OBIRCH?
    高阻抗問題通常不會「發光」,InGaAs無法偵測到亮點。OBIRCH 利用 1300 nm 雷射加熱局部區域,引發高阻抗點(如 Void 空孔、冷焊、薄金屬)劇烈電阻與電流變化。是抓出 Via / Contact 高阻抗與 Metal Line 微裂的首選。

    亮点定位分析 高阻抗問題通常不會「發光」,InGaAs無法偵測到亮點。OBIRCH 利用 1300 nm 雷射加熱局部區域,引發高阻抗點(如 Void 空孔、冷焊、薄金屬)劇烈電阻與電流變化。是抓出 Via / Contact 高阻抗與 Metal Line 微裂的首選。

    图四: OBIRCH亮点侦测示意图
    (图片来源:iST宜特)

    OBIRCH 可依据样品结构弹性,支持正面与背面(Frontside / Backside)扫描。可直接对最上层的金属线路或露出来的 Die 表面加热照射;若正面遭密集金属层遮蔽,亦可将硅基板打薄从背面照射。1300 nm 雷射对硅基板穿透力佳,能直接穿透硅层、精准加热深层金属缺陷。

    2. 何时改用其他机台?
    有时候遇到高阻抗点已经接近完全开路(Open,  I 极小),或是属于先进封装(如 CoWoS、RDL 层)无法接收到光学讯号的情形,若此时强行加大电压强求讯号,极易将微小缺陷线路直接「熔断」。

    3. 宜特建议:
    面对高阻抗,关键在于控制安全电流。建议工程师应先以 OBIRCH 进行低功率雷射扫描;若为先进封装或多层内部走线高阻抗,则建议选用QDm(量子钻石显微镜),透过磁场感测直接重绘电流路径,较不受光学遮蔽与热扩散干扰。

    4. 案例示范:
    在施加相同偏压下,好品芯片(图五左)可侦测到正常驱动亮点;坏品芯片(图五右)仅有微小异常电流,显示有阻抗过高状态,电流无法通过之情形。经由 Backside OBIRCH 分析,坏品于图五黄框区内之正常热诱发讯号完全消失,后续可针对此区组件做Delayer分析,即可精确的定位异常缺陷。

    亮点定位分析 在施加相同偏压下,好品芯片(图五左)可侦测到正常驱动亮点;坏品芯片(图五右)仅有微小异常电流,显示有阻抗过高状态,电流无法通过之情形。经由 Backside OBIRCH 分析,坏品于图五黄框区内之正常热诱发讯号完全消失,后续可针对此区组件做Delayer分析,即可精确的定位异常缺陷。

    图五:OBIRCH高阻抗定位案例
    (图片来源:iST宜特)

    (三)短路(Short):先用 OBIRCH 或 Thermal EMMI (InSb)分析

    如果发现 IC 呈现短路异常,我们多半会先用 OBIRCH 或 Thermal EMMI (InSb)分析 。

    1. 为什么首选OBIRCH 或 Thermal EMMI (InSb)?
    (1)金属层短路,首选 OBIRCH:
    若短路发生在芯片内部金属层(Metal Bridge)或氧化层针孔(Pinhole),雷射加热会引发极显著的电阻与电流变化(I),OBIRCH 能提供极高的空间分辨率,直接锁定微米级的短路桥接点。

    (2)大电流/大面积短路,首选 Thermal EMMI:
    若短路电流较大,组件在极低电压下就会产生明显焦耳热功率。Thermal EMMI (InSb)能够直接侦测 3.0~5.0 μm 的热辐射讯号,可免开盖(Decap)直接对完整封装或 PCB 进行快速扫描。

    亮点定位分析 若短路电流较大,组件在极低电压下就会产生明显焦耳热功率。Thermal EMMI (InSb)能够直接侦测 3.0~5.0 μm 的热辐射讯号,可免开盖(Decap)直接对完整封装或 PCB 进行快速扫描。

    图六: Thermal EMMI (InSb)亮点侦测示意图
    (图片来源: Themofisher提供)

    2. 何时改用其他机台?
    遇到先进封装(如 CoWoS、3D IC、HBM、RDL 层)内的埋藏式短路,OBIRCH的光学雷射无法穿透多层结构,而 Thermal EMMI (InSb)则会因大面积热扩散(Thermal Spreading)导致影像一片模糊、无法精确锁定 z 轴深度,这时我们就会改用 QDm(量子钻石显微镜)分析。

    3. 宜特建议:
    裸 Die 样品较小或电流短路(short)异常,优先使用OBIRCH;封装或大电流短路(direct short)则先用 Thermal EMMI (InSb)粗略定位 ;若为先进封装或多层金属迭加区,建议直接采用QDm(量子钻石显微镜),利用微观磁场透视,无损重构 3D 电流路径。

    4. 案例示范:
    施加相同偏压下,坏品(图七右)呈现短路异常。经由 Backside OBIRCH 分析,侦测到黄框区内为异常亮点,且看出疑似metal融烧现象。

    亮点定位分析 施加相同偏压下,坏品(图七右)呈现短路异常。经由 Backside OBIRCH 分析,侦测到黄框区内为异常亮点,且看出疑似metal融烧现象。

    图七: 透过OBIRCH定位短路异常点(左:好品 / 右:坏品)
    (图片来源:iST宜特)

    不开盖状况下,坏品施加电压后,经由Thermal EMMI (InSb),侦测到黄框内为异常热源,再配合X-ray迭图确认异常处为封装体或是die上,决定后续使用FA定位手法,减少选错机台耗时分析。

    亮点定位分析 不开盖状况下,坏品施加电压后,经由Thermal EMMI (InSb),侦测到黄框内为异常热源,再配合X-ray迭图确认异常处为封装体或是die上,决定后续使用FA定位手法,减少选错机台耗时分析。

    图八: 透过Thermal EMMI (InSb)定位短路案例
    (图片来源:iST宜特)

    图九是一颗 BGA 封装芯片,中间位置出现一个清晰的热点(Hot Spot)。在完整封装、不开盖(Decap)的情况下,透过对异常 Pin 脚施加电压侦测局部发热,Thermal EMMI (InSb)敏锐地捕捉到热辐射讯号。

    亮点定位分析 图九是一颗 BGA 封装芯片,中间位置出现一个清晰的热点(Hot Spot)。在完整封装、不开盖(Decap)的情况下,透过对异常 Pin 脚施加电压侦测局部发热,Thermal EMMI (InSb)敏锐地捕捉到热辐射讯号。

    图九: Thermal Emmi定位出BGA 封装芯片短路位置
    (图片来源:iST宜特)

    图十显示驱动 IC 与面板连接处的走线或Bonding 发生微裂或微短路(Short),通电后产生热功率。透过Thermal EMMI (InSb)锁定热源位置,再搭配 PCB X-ray 进行结构透视,实现「电性定位+ 物性验证」的高效 FA 流程。

    亮点定位分析 图十显示驱动 IC 与面板连接处的走线或Bonding 发生微裂或微短路(Short),通电后产生热功率。透过Thermal EMMI (InSb)锁定热源位置,再搭配 PCB X-ray 进行结构透视,实现「电性定位+ 物性验证」的高效 FA 流程。

    图十:( 左上/右上)锁定驱动 IC 与面板连接处之低阻抗发热热点。
    先以X-Ray (左下) 照出内部 Via 微裂开路,再以Thermal EMMI (右下) 抓出 PCB 走线发热点。
    (图片来源:iST宜特)

    (四)开路(Open):先用 OBIRCH分析

    若发现 IC 呈现开路异常,我们多半会先用 OBIRCH来分析。
    1. 为什么Open分析最为棘手?
    因为开路(Open)代表完全没有电流通过可供感测,意味着「靠电流发光(InGaAs)」或「靠雷射诱发电流变化(OBIRCH)」的工具完全失效。

    2. 如何解决Open问题?
    建议客户提供好坏品比对,侦测好品正常驱动的组件亮点处(normal turn on),再比对坏品亮点处,观察两者差异性。

    (1) 方法一:施加高压高频讯号(RF / AC Bias)+ OBIRCH
    透过施加高频交流讯号,利用断路点两端的寄生电容(Parasitic Capacitance)产生微弱的充放电位移电流,进而引发局部微热,再利用 OBIRCH 亮点结果比对差异。

    (2) 方法二:磁场透视重建(QDm 独家优势)
    对于 2.5D/3D 先进封装或 Bump/Bonding Wire 断裂,QDm(量子钻石显微镜) 能感测极微弱的磁场分布,工程师可透过电流在断路点瞬间归零的磁场边界(Magnetic Field Boundary),精准可视化找出「电流在哪里中断」。

    3. 何时改用其他物性分析(PFA)技术?
    当电性回路完全无法通电、连高频讯号都无法传导时,EFA 亮点定位机台将达到极限。此时宜特会建议客户转用 X-Ray / 3D X-Ray (CT) 进行非破坏性结构透视,直接观察打线(Bonding Wire)断裂、Bump 脱焊或通孔(Via)断裂位置。

    4. 宜特建议:
    遇到Open(开路)问题,切忌盲目加大 DC 直流电压。应先确认是否能透过高频/高压触发微弱讯号,并利用 QDm 感测磁场断点;若电性完全无反应,则应果断搭配3D X-Ray进行结构照相,才是最节省时间与样品成本的黄金路径。

    5. 案例示范:
    针对异常 Pin 脚施加高压或高频交流讯号(AC Bias),利用断路点(Open Spot)两端产生的微弱寄生电容充放电位移,及电磁场变化量,侦测出异常断点处。

    亮点定位分析 针对异常 Pin 脚施加高压或高频交流讯号(AC Bias),利用断路点(Open Spot)两端产生的微弱寄生电容充放电位移,及电磁场变化量,侦测出异常断点处。

    图十一:透过 QDm机台施加高频交流电,侦测磁场及电流变化,并经软件处理呈现异常亮点。
    (图片来源: QuantumDiamonds)

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