摘要：芯片失效分析 芯片失效分析芯片开封是半导体失效分析和逆向工程中的关键步骤，旨在去除芯片外部封装材料，暴露内部晶圆结构，以便进行电性测试、显微观察或故障定位。以下是芯片开封的技术流程、方法、设备及注意事项：

原创 芯片失效分析 半导体工程师 2025年02月24日 09:47 北京

芯片失效分析 芯片失效分析芯片开封是半导体失效分析和逆向工程中的关键步骤，旨在去除芯片外部封装材料，暴露内部晶圆结构，以便进行电性测试、显微观察或故障定位。以下是芯片开封的技术流程、方法、设备及注意事项：

一、芯片开封的核心目的

失效分析：定位芯片内部短路、断路、腐蚀等物理缺陷。

可靠性验证：检查封装工艺质量（如键合线断裂、分层）。

逆向工程：获取芯片设计信息（如电路布局、工艺节点）。

知识产权保护：验证专利侵权或芯片真伪。

二、开封方法分类

根据封装材料（塑料、陶瓷、金属）和需求，选择以下方法：

1. 机械开封（Mechanical Decapsulation）

原理：通过物理研磨或切割去除封装材料。

设备：精密研磨机、金刚石切割刀、抛光机。

适用场景：

陶瓷/金属封装（硬度高，耐化学腐蚀）。

需要保留内部引线框架的场合。

缺点：易损伤芯片表面电路，操作时间长。

2. 化学开封（Chemical Decapsulation）

原理：使用强酸或强碱溶液溶解封装树脂（如环氧树脂）。

常用试剂：

发烟硝酸（HNO₃）：针对环氧树脂（温度80~120℃）。

浓硫酸（H₂SO₄）：辅助去除残留物。

氢氟酸（HF）：溶解硅基材料（需极端防护）。

设备：化学腐蚀台、加热控温装置、通风柜。

适用场景：

塑料封装芯片（如QFP、BGA）。

批量处理或快速开封需求。

缺点：

化学废液需严格处理（环保风险）。

可能腐蚀金属键合线（需控制反应时间）。

3. 激光开封（Laser Decapsulation）

原理：高能激光（如紫外激光）逐层烧蚀封装材料。

设备：飞秒/皮秒激光开封机（如ESI、3D-Micromac）。

优势：

非接触式，避免机械应力损伤。

高精度（可局部开封特定区域）。

适用于先进封装（如Flip-Chip、3D IC）。

缺点：设备成本高（单台≥500万元），需专业操作人员。

三、开封关键设备与工具

设备类型功能代表品牌/型号激光开封机

精确去除封装材料，保护内部电路

ADVANCED PST-2000

化学腐蚀台

控温加热+酸碱反应槽

RIEBACH TMF-2000

研磨/抛光机

机械开封表面平整化

Allied High Tech MultiPrep

显微镜

实时监控开封过程

Olympus MX63、Zeiss Axio Imager

防护装备

防化服、护目镜、耐酸手套

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四、操作流程示例（化学开封）

样品固定：将芯片固定在耐酸夹具中，露出需开封区域。

滴加酸液：使用微量注射器滴加发烟硝酸，加热至90~110℃。

反应监控：显微镜下观察树脂溶解进度（通常5-20分钟）。

中和清洗：用去离子水+异丙醇清洗残留酸液，防止腐蚀。

干燥检查：氮气吹干后，SEM或光学显微镜检查内部结构。

五、注意事项与常见问题

安全防护：

化学开封需在通风柜中进行，避免吸入酸雾。

激光开封需佩戴防激光护目镜，防止视网膜损伤。

工艺控制：

化学开封：酸液浓度和温度过高会导致键合线（金/铝）腐蚀。

激光开封：能量设置不当可能烧毁顶层金属层。

样品保护：

开封前备份电性测试数据，避免开封后电路失效。

对敏感芯片（如MEMS传感器）优先选择局部开封。

环保合规：

废酸液需中和处理（如用NaOH中和至pH=7），符合当地环保法规。

六、应用案例

汽车芯片失效分析：

某MCU在高温测试中失效，通过激光开封发现键合线断裂（封装工艺缺陷）。

专利侵权验证：

开封竞品芯片，对比内部电路布局，确认是否存在抄袭。

七、技术趋势

自动化开封：机器人辅助定位+AI识别开封区域（减少人为误差）。

环保替代方案：

开发低毒性溶剂（如离子液体）替代发烟硝酸。

干法开封技术（等离子体刻蚀）减少化学污染。

八、总结

芯片开封是连接封装与分析的桥梁，需根据封装类型、分析目标及预算选择合适方法。高端实验室常配备激光+化学双方案以覆盖全场景，而中小实验室可优先采购化学腐蚀台（成本约50-100万元）。操作人员需经过严格培训，确保安全性与结果可靠性。

实验室案例：北软检测拥有专业合规的芯片开封实验室，经验丰富的工程师队伍，海量的客户服务体验，面向企事业单位提供及时可靠的专业服务。

半导体工程师

来源：芯片测试赵工