芯片失效分析的无奈和尴尬

    失效分析就是要分析损坏的产品从而为改进设计或明确责任提供素材的工作。但是从行业来看，目前很多公司特别是中小型公司的失效分析做的并不好。 中国有句俗话叫：“吃一堑，长一智”，《论语》中也有“不贰过”的说法。其本质就是要从失败中吸取教训避免进一步的犯错。
       一方面，一些中小型电子产品生产商没有良好的物料控制体系，不能对物料进行有效的追溯。一旦出了问题，很难查到当年的渠道和来源。甚至不能保证物料的真伪。更有甚者，一些企业就没有失效分析的概念，停留在坏了就修的救火状态。也谈不到从根本上吸取教训的问题。有的企业一个芯片用上去总是损坏，就认为是芯片质量不好，却没有从根本上去分析损坏的原因，盲目下结论。结果换了一个厂家的芯片照样坏。多年后才发现是自己的电路就缺乏防护设计。
         另一方面，几乎所有的电子元器件生产商面对失效品都采取回避的态度。对于国际一线品牌。一般的流程是先提供失效样品，而后填写问卷，而后送到全球失效分析中心排队分析，结果一个失效分析下来往往要1~2个月。而拿到的报告往往是说用户使用不当。比如静电没有保护好、潮湿敏感器件出了爆米花效应之类的。好像从来就没有电子元器件生产商的责任。而事实上，对于很多器件，特别是新推出的某些专用芯片，往往在其刚刚进入市场时会有很多bug，这些bug会造成这样那样的失效。这中bug又是电子器件生产商遮遮掩掩的。
        而且，对于很多中小企业而言如果他们进货渠道很多，很多时候在第一个环节就被原厂给拒绝了。一般而言原厂都是要求由代理商提供失效样品的送样。结果就出现了新的代理一查批号说不是我买的货，我不能送样。而原来的供应商则说，你都不买我的货了，我为什么给你送样的情况。导致很多中小企业的东西损坏的不明不白。
         也许你会说，不是有专业的失效分析公司么？是的，目前有很多做电子元器件失效分析的公司，但是其中良莠不齐。一个比较普遍的现象是，缺乏深层次失效机理的分析能力。很多都停留在使用高精尖的设备发现失效点上，至于为什么出现这种失效，如何避免，究竟是谁的责任，往往不能提供很深入的帮助。
        因此企业需要有一定的失效分析能力。这其中也有个需要注意的问题。一个是仪器的配备，一个是人员的配备。高级的失效分析仪器往往价格昂贵，像扫描电镜都是数以百万计的仪器。对于一般的企业，往往没有实力配备全套的仪器设备。另一方面，就是配备了这些仪器设备，对于仪器的操作、结果的判读、机理的推断都需要有高素质的失效分析人员来进行。要配备齐全的设备和专家的人员对一般企业而言都是很难做的。这就是失效分析尴尬的现状。
      但是，难做不等于不能做。对于绝大多数企业而言，根据自己的实力来装备培养自己失效分析队伍也是需要的。一般的企业做失效分析可以先配备一个晶体管图示仪，好点的国产货也就万把块钱。在一个仪器上培养这方面的人，就比全面铺开要方便很多。而通过晶体管图示仪基本上可以把失效器件定位到失效的管脚上，如果条件好，还能确认是电过应力损坏还是静电损坏。知道了这两点就可以帮助开发人员检查设计，而如果是静电损伤，则可改善生产使用的防护条件了。
       如果想要再进一步分析，则需要建立一个金相分析实验室了。这所需要的设备为：金相显微镜、体视显微镜和切割机、磨抛机及制样的耗材了。如果有了这样的实验室，除了可以看各种元器件的表面损伤外，还可以通过制作切片的方法观察内部情况。而且实验室到了这个层次，不仅仅可以用作元器件的失效分析，也可以用于焊接组装工艺失效的检查，比如检查焊接情况、金属间化合物的生成情况等。而且这时还可以用于元器件的最初认证及进行破坏性物理分析。
      到这个阶段基本上投入就比较大了。如果使用全套进口设备，那么总价至少也要60~90人民币左右。如果使用国产设备那么投入可以少很多。采用全套国产设备，基本上可以在10万人民币以内完成。此时对人员素质上，需要有了解电子元器件材料科学、半导体物理学的人员进行相关工作。
       对于集成电路而言，很多失效都是发生在键合系统上的，也就是管脚和集成电路芯片的连接上。用金相切片的方法，很多时候会破坏芯片的键合系统。这时候，可能会用到开封机来打开集成电路表面的塑料材料。对于很多企业而且言，这个东西就太贵了。往往要几万美元。而且还要经常更换喷嘴之类昂贵的耗材，所以很多企业干脆就不买这个东西，采用手工开封的方法进行。youtube上甚至可以看到老外这么干所拍摄的视频。不过开封需要使用到强酸，有些化学药品还属于国家管制药品，需要到公安局去备案。而且实际实施时，不论是用开封机还是手工开封，都需要在通风厨中进行。做好个人防护。对于人员而言，除了上述知识外，要动用强腐蚀的化学药品，原则上要有“危险化学品作业证”。
        一般的企业做到这个层次就可以了。如果在进行上述分析后还无法定案，这时候可以到社会上的失效分析公司，或者到大学高校中去，租借他们的设备进行分析。对于怀疑有来料问题做造成的批次失效鉴别时，则一定要去具有IEC 17025认证的实验室去做第三方分析鉴定。他们出具的报告才有法律效力。
        如果一个企业要把自己的企业做成百年老店，就必须要有质量过硬的产品。而失效分析发现质量问题的重要手段，对提升质量有重要意义。希望我们的失效分析不再尴尬。