中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）06-0165-03

FailureAnalysisofIntegrated Circuitsin Automotive ElectronicProducts

Li Zhibin

（Shanghai Huabi Testing Technology Co.，Ltd.，Shanghai 215ooO，China）

【Abstract】This paper focuses on the failure problem of integrated circuits inautomotive electronic products. Takingacertain profesional technicalserviceplatform project asanexample，itcomprehensivelyuses methods such as appearance inspection，functional inspection，non-destructive testing，and destructive testing to testthesamplechipof theinfrared detection module.The failure modes identified were solderball voids，solderbonding atthefet，warping， etc.The failure mechanisms were related tothe weldingquality，internal stress，circuit bridging，etc.Through thermal stresssimulationverification，itwasfoundthatthestabilityoftheassemblyandwelding processafectsthe welding quality，and a high parameterdrift rate willincrease the product defect rate.To this end，improvement measures such as strengthening processcontrolandadding high-temperaturebakingprocessesare proposed toefectively eliminate therisk of product failure and increase the domestic production rate of chips and project benefits.

【KeyWords】integrated circuit；failure；non-destructive testing；simulation verification

0 引言

伴隨汽車電器元器件技術高速發(fā)展，其運行可靠性成為車企關注重點。但受環(huán)境、工藝等因素影響，汽車電子產(chǎn)品集成電路易失效，不僅增加故障風險，還制約技術創(chuàng)新應用。在此背景下，專業(yè)技術服務平臺通過分析失效案例，助力企業(yè)定位問題，保障產(chǎn)品品質，縮短研發(fā)周期，提升效益。本文以某服務平臺項目為切入點，梳理失效分析技術，為集成電路企業(yè)檢測認證提供參考。

1項目概況

某汽車電子產(chǎn)品失效分析與品質認證專業(yè)技術服務平臺，專注于為客戶企業(yè)提供半導體及集成電路領域的失效分析服務。在平臺服務過程中，某客戶自主研發(fā)的紅外探測模塊（XE08）出現(xiàn)功能異常問題。為解決這一問題，項目團隊迅速開展內(nèi)部功能驗證和系統(tǒng)失效分析，最終將問題定位至紅外探測模塊中的3顆芯片，涉及QFN、BGA、COB這3種典型封裝形式。后續(xù)的失效原因分析，便圍繞這3顆芯片展開，旨在明確失效模式，為客戶提供切實可行的改進方案，推動集成電路技術創(chuàng)新，提升平臺的專業(yè)服務品質。

2失效原因排查

客戶提供了多類NG（不合格）樣品和OK（合格）樣品，項目團隊采用多種檢測手段，從多個維度對樣品進行失效原因排查。

2.1 外觀檢測

在汽車電子元件初步篩選時，人工目測是常用的外觀檢測手段。檢測人員依流程核對樣品型號、規(guī)格等信息，借助放大鏡、顯微鏡檢查表面劃傷、裂紋等缺陷。重點觀察焊點結構，排查虛焊、冷焊及短路風險，同時關注焊點斷裂痕跡、對齊度與光澤度。經(jīng)全面檢測，所有芯片焊點結構完好，未現(xiàn)明顯焊接異常，外觀檢測結果達標。

2.2 功能檢測

電流-電壓（IV）特性測試是評估集成電路基礎電性能的重要手段。在測試過程中，采用在不同電壓條件下測量電流輸出情況的方案。檢測人員詳細記錄每一組測試數(shù)據(jù)，后期通過繪制IV曲線變化圖，能夠快速發(fā)現(xiàn)組件工作中存在的問題。

在對 168^#（NG 品QFN芯片）進行檢測時，發(fā)現(xiàn)在VDD18-GND腳位處出現(xiàn)短路現(xiàn)象，電流趨勢超過10μA ，如圖1所示。這一異常情況表明該芯片存在集成電路運行風險，其功能正常使用難以得到保證。

2.3 無損檢測

無損檢測是在不損害被測物體的前提下，對其進行缺陷檢測的技術。項目采用了多種無損檢測方式，包括X-ray無損檢測、聲學掃描檢測、CT檢測、開蓋檢測、染色檢測、熱點檢測等。這些檢測方法基于不同原理，能夠全面檢測和定位被測物體的缺陷信息。

檢測結果顯示，X-ray無損檢測、聲學掃描檢測、開蓋檢測結果均正常。雖然聲學掃描在QFN芯片處發(fā)現(xiàn)疑似有空腔風險，但經(jīng)CT檢測驗證后予以排除。由于BGA芯片采用Underfill工藝，底部錫球縫隙被填充膠填滿，染劑無法進入，因此染色檢測不適用于本項目，其結果不具備參考意義。

然而，CT檢測和熱點檢測發(fā)現(xiàn)了多項問題。在CT檢測中，利用X射線的穿透性進行檢測時，BGA芯片10L腳位出現(xiàn)貫穿式空洞現(xiàn)象。其中， 227^# 芯片的空洞率為 10.55% 和 8.8% ， 168^#BGA 芯片的空洞率更是高達 16.49% 和 11.95% 。同時，CT檢測生成的物體內(nèi)部結構3D圖像顯示， 227^# 芯片存在多處焊盤連錫問題，如圖2所示。 168^# 、 227^# 兩顆NG品均出現(xiàn)芯片翹曲現(xiàn)象。進一步對比發(fā)現(xiàn)，OK品COB芯片平面度為 0.0218μm ， NG-168^#COB 芯片平面度為0.0317μm ， NG-227^#COB 芯片平面度為 0.0499μm ，表明NG品芯片翹曲情況較為嚴重。無損檢測項自結果見表1。在熱點檢測過程中， 168^#"（NG品）QFN芯片位置也出現(xiàn)異常，存在生產(chǎn)風險。

2.4 破壞性檢測

與無損檢測不同，破壞性檢測需要對樣品進行破壞，以獲取更詳細的信息，得出精準的檢測結果。金相切片與去層檢測是汽車電子產(chǎn)品破壞性檢測中的常用方法。金相切片檢測需先用液態(tài)樹脂包裹固封樣品，再進行研磨拋光處理；去層檢測則要提前清洗、干燥芯片樣品，初步觀察留圖后，通過酸腐蝕和剝離金的方法進行整體或逐層去層，并在過程中觀察拍攝芯片內(nèi)部結構及狀態(tài)信息，查找芯片失效原因。

在金相切片檢測期間中，檢測人員按照取樣、鑲嵌、切片、拋磨、腐蝕、觀察的順序進行操作，并整理樣品開裂分層、尺寸等數(shù)據(jù)信息。如圖3所示， 168^# （NG品）BGA芯片存在較大的腳位空洞現(xiàn)象，且10L腳位存在貫穿式空洞。在去層檢測過程中，通過分層去除材料，對樣品更深層次結構和缺陷進行檢測，發(fā)現(xiàn) 168^#（NG 品）QFN芯片晶圓內(nèi)部存在電路橋接現(xiàn)象，如圖4所示。破壞性檢測結果見表2。

3失效模式、機理確認

通過上述一系列失效原因排查，最終確認項目紅外探測模塊功能失效模式為錫球空洞、腳位連錫、電路間大體積錫渣、翹曲、短路等。其失效機理如下：首先，失效件整體焊接品質缺陷方面，通過檢測圖像，能夠看到明顯的錫球空洞和腳位連錫等問題，而且腳位電路之間存在大體積錫渣等品質缺陷。這種失效因素的影響下，不僅影響紅外探測模塊的安全性和功能穩(wěn)定性，也會大幅降低整體系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。其次，在失效件COB芯片翹曲缺陷方面，芯片的共面性極差，平整度不足，據(jù)此失效原因推測，該系統(tǒng)中的內(nèi)應力數(shù)值過大。在后續(xù)芯片的熱處理過程中，容易因應力釋放而影響產(chǎn)品結構的穩(wěn)定性。最后，在失效件QFN芯片晶圓內(nèi)部電路缺陷方面，晶圓內(nèi)部電路存在明顯的橋接現(xiàn)象，電流未經(jīng)過負載直接借助導線形成回路，致使電參數(shù)短路，形成非穩(wěn)定失效模式，易引發(fā)系統(tǒng)元件損壞等風險。

4失效原因仿真驗證

為進一步驗證失效原因，項目團隊從焊接工藝、特性參數(shù)、內(nèi)部電路三方面對芯片失效原因開展仿真驗證。通過熱應力仿真調(diào)整工藝參數(shù)，探究其對芯片翹曲度的影響；利用仿真軟件構建三維模型，模擬電氣及熱行為以定位短路根源；還疊加環(huán)境耦合條件量化參數(shù)漂移與焊接缺陷關系。驗證結果顯示，焊接工藝穩(wěn)定性影響焊接品質，電子元件易受熱損傷，且紅外探測模塊參數(shù)漂移率越高，產(chǎn)品不良率越高。

5失效改進措施

為提高汽車電子元件裝配工藝的穩(wěn)定性，后續(xù)改進過程中，建議強化工藝管控，進一步優(yōu)化焊盤布局，引入激光焊接技術等，以通過熱輸入控制的方式減少元件熱損傷風險的發(fā)生。在工藝應用過程中，重點加強監(jiān)測管理，進而減少風險的產(chǎn)生，確保產(chǎn)品生產(chǎn)工藝狀態(tài)穩(wěn)定。此外，為防止因焊接應力問題而造成產(chǎn)品品質下降，建議后期采用工序調(diào)整的改進措施，在裝配工藝后增設高溫烘烤工序，使得元件在高溫環(huán)境下獲得應力釋放，并優(yōu)化材料的穩(wěn)定性。當應力提前釋放后產(chǎn)品再出貨，以此減少產(chǎn)品不良率，有效保證汽車電子產(chǎn)品品質。

6結論

本文圍繞某汽車電子產(chǎn)品集成電路失效問題，設計了“原因排查一失效模式確認一失效原因仿真驗證一改進改善”的完整技術路線。綜合運用外觀檢測、功能檢測、無損檢測、破壞性檢測等多種方法，對樣品芯片進行全面測試，成功確認產(chǎn)品模塊功能的失效模式為錫球空洞、腳位連錫、電路間大體積錫渣、翹曲、短路等。

通過熱應力仿真驗證及仿真軟件的運用，明確了產(chǎn)品不良率與參數(shù)漂移率之間的關系，并針對性地提出了加強工藝監(jiān)測、增設高溫烘烤工序等失效改進措施。最終，幫助客戶有效排除了產(chǎn)品從研發(fā)到量產(chǎn)階段的失效風險，對提高芯片國產(chǎn)化率和項目效益起到了積極作用，也為同類問題的解決提供了有益的參考和借鑒。

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（編輯林子衿）