BGA封装器件芯片级失效定位夹具与方法

摘要

本发明公开了一种BGA封装器件芯片级失效定位夹具，采用夹紧滑块来承载待定位的BGA封装器件，当夹紧滑块在底板的凹槽上滑动到合适的位置时，紧固螺钉固定夹紧滑块的位置，使器件牢固地被夹紧。由于夹紧滑块的位置可调，本夹具适用于各种尺寸的BGA封装器件，调节操作简便安全，被夹的器件芯片表面平整且不会被遮挡。本发明还公开了一种BGA封装器件芯片级失效定位方法，先确定器件的故障管脚并给故障管脚焊上电引线，再用上述夹具将器件夹紧，为电引线上电并控制电压，通过观察器件芯片表面发光像与器件表面光学反射像，确定失效点，完成失效定位。由于采用了上述夹具，本失效定位方法的失效点探测具有较高的效率和准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及BGA封装器件测试技术领域，特别是涉及一种BGA封装器件 芯片级失效定位夹具与方法。

背景技术

球栅阵列封装（BGA）易于实现芯片的高密度、高性能和小型化封装，成 为近年来多功能及高I/O引脚封装，如CPU、DSP、FPGA等高端器件的最佳选 择而被广泛应用。

BGA器件在实际应用过程中，涉及存储、运输、可靠性试验、使用等多个 过程，在高温、电、水汽等多种综合环境应力条件的作用下，不可避免的会出 现失效。当BGA器件失效是由于常见的芯片级失效机理引起的（如超薄栅氧化 层击穿、软击穿、热载流子效应、CMOS闩锁效应、结穿通、雪崩击穿、晶格 错位、正向偏置、结漏电流、氧化层缺陷等），需要在器件管脚（即焊球）上加 上电压偏置以复现失效现象，则失效点会由于电致发光过程产生发光现象（发 出波长在500nm～1300nm之间的红外、近红外光）并被光发射等探测技术探测 到。光发射探测缺陷点时，器件放置在光发射设备的样品台面上（固体平面）， 芯片需平整的放置，暴露于镜头下方以方便捕捉由芯片中产生的发光现象，借 此确定失效部位的所在。

通过焊球给BGA器件加上电压偏置时，有两种做法。一种是将BGA器件 放入匹配的测试夹具中夹紧并实现电连接之后，通过夹具管脚（通常为针状） 或夹具所在测试板上的相应管脚给对应的问题焊球加上电偏置。此时，需要针 对具体的器件定制专用的测试夹具。但是，BGA器件的测试夹具通常采用的是 顶针接触的方式，将器件放入夹具中之后，器件上方的铝合金盖板（测试夹具 的一部分）下压并与测试夹具下部锁住才实现将器件夹紧。铝合金盖板挡住了 BGA器件的芯片表面，导致芯片中失效部位的光无法被捕捉到，也就谈不上失 效定位了。另外，如果采用的是老化夹具测试座（采用的是四边夹紧法，不需 铝合金上盖板）来夹紧器件，因BGA器件的外形尺寸大小各异，外管脚数（焊 球数目）多少各不同（几十至几百、甚至上千不等），焊球直径、焊球间距均不 一致（范围在几百微米至1毫米之间）。相应地，BGA器件的外形尺寸根据管脚 数的多少而不同。这意味着在进行失效点定位时，每一种焊球数、外形尺寸的 BGA器件都需对应一个夹具，不仅耗时（画夹具版图至定制成功约半个月）、耗 成本（由于定制量仅1～2个，价格非常贵，甚至找不到定制方），也耗人力， 大大影响失效分析的进度，此法不可行。

另一种做法是：直接给有问题的焊球管脚焊上引线实现电连接，此焊球若 处在球栅阵列的非边缘部位、甚至是偏中心位置，则很容易由于焊接引出线的 存在及其弯曲度而使BGA器件的摆放不再平整，芯片与放置平面之间形成一定 夹角，影响到随后的芯片失效点探测及成像效果，也势必影响到失效分析判断 的精确度。

发明内容

基于上述情况，本发明提出了一种BGA封装器件芯片级失效定位夹具与方 法，以对各种外形尺寸各种焊球高度的BGA封装器件进行芯片级失效定位。

一种BGA封装器件芯片级失效定位夹具，包括具有4条凹槽的底板、4块 具有阶梯状承载台面的夹紧滑块、4个导向销钉和4个紧固螺钉，

所述夹紧滑块位于所述底板的凹槽上，阶梯状承载台面用于承载待定位的 BGA封装器件，且阶梯状承载台面的高度大于电引线的直径，所述夹紧滑块在 所述导向销钉的辅助下沿着所述底板的凹槽滑动，使待定位的BGA封装器件被 夹紧，所述紧固螺钉用于在此时固定所述夹紧滑块。

优选地，4条所述凹槽分布在所述底板的对角线上，每个所述夹紧滑块用 于夹紧待定位BGA封装器件的一个角。

一种BGA封装器件芯片级失效定位方法，包括步骤：

确定芯片级失效的BGA器件的故障管脚；

为所述故障管脚焊接电引线；

采用权利要求1或2所述的BGA封装器件芯片级失效定位夹具将焊接电引 线后的BGA封装器件夹紧，BGA封装器件的芯片表面暴露于光发射镜头下， 所述电引线通过相邻夹紧滑块间的缝隙穿出；

为所述电引线加上电压，控制电压从0逐步增大到待定位BGA封装器件的 电源电压；

观察每个电压偏置条件下，待定位BGA封装器件芯片表面的电致发光像， 将该电致发光像与待定位BGA封装器件表面的光学反射像叠加并对比分析，剔 除干扰点，确定异常光斑所在的位置为失效点部位。

本发明BGA封装器件芯片级失效定位夹具，采用夹紧滑块来支撑待定位的 BGA封装器件，当夹紧滑块在底板的凹槽上滑动到合适的位置时，紧固螺钉固 定夹紧滑块的位置，使器件牢固地被夹紧。由于夹紧滑块的位置可调，本夹具 适用于各种尺寸的BGA封装器件，调节操作简便安全，被夹的器件芯片表面平 整且不会被遮挡。本发明BGA封装器件芯片级失效定位方法，先确定器件的故 障管脚并给故障管脚焊上电引线，再用上述夹具将器件夹紧，为电引线上电并 控制电压，通过观察器件芯片表面发光像与器件表面光学反射像，确定失效点， 完成失效定位。由于采用了上述夹具，本失效定位方法的失效点探测具有较高 的效率和准确度。

附图说明

图1为本发明BGA封装器件芯片级失效定位夹具的俯视图；

图2为图1A-A方向剖面图；

图3为图2B-B方向剖面图；

图4为本发明BGA封装器件芯片级失效定位方法流程示意图。

具体实施方式

参照一般集成电路IC失效分析时的步骤，本发明提出了一种适合于BGA 封装器件(下称器件或BGA器件)芯片级失效时的失效定位夹具与方法。下面结 合附图与实施例详细解释本发明。

本发明BGA封装器件芯片级失效定位夹具，其俯视图如图1所示，包括具 有4条凹槽501的底板101、4块具有阶梯状承载台面的夹紧滑块201、4个导 向销钉301、4个紧固螺钉401。图2为图1A-A方向剖面图，图3为图2B-B方 向剖面图。夹紧滑块201通过导向销钉301定位好在底板上的方向，通过紧固 螺钉401在凹槽间的滑动来调节需处的位置（根据器件的尺寸大小）并固定以 承载器件。器件放置在夹紧滑块201的阶梯状承载台面上。4个夹紧滑块201固 定之后综合产生的夹紧力，使器件平整、牢固地处于夹具中。夹紧滑块201阶 梯状承载台面的高度预留得比常见电引线的直径大，足以让焊球上的引出线从 容地从相邻夹紧滑块201间的缝隙中穿出以连接外置电设备而不影响器件的表 面平整度，方便后续的加电以复现器件的失效现象。

在上述实施例中，4条凹槽均位于底板的对角线上，夹紧滑块夹的是器件的 四个角，这只是一个优选的实施例，凹槽的分布位置与夹紧滑块所夹器件的部 位不限于此。

本发明BGA封装器件芯片级失效定位方法，如图4所示，包括步骤：

步骤S 1、利用电流-电压端口特性分析法或端口扫描方法，确认BGA器件 的失效模式，并定位出BGA器件有问题的管脚(故障管脚)。

步骤S2、给锁定的问题管脚焊上电引线（通过该电引线可连接到电源或图 示仪等设备以获得光发射探测时所需要的电压偏置以复现失效现象）。

步骤S3、将焊接好电引线的BGA器件置入图1所示的夹具中。根据器件的 尺寸大小，分别调节4个夹紧滑块101上的紧固螺钉401，使夹紧滑块201在底 板101的凹槽501上来回滑动处于合适的位置以承载器件。器件放置在夹紧滑 块201的阶梯状承载台面上。4个夹紧滑块的夹紧力，使器件平整、牢固地处于 夹具中，芯片表面平整的暴露于光发射镜头下。与焊球相连的引线，则通过相 邻夹紧滑块201间的缝隙中穿出，以连接外置电设备加电以复现器件的失效现 象。

步骤S4、基于芯片级失效机理的发光效应，给引出的引线加上范围在“0V～ 器件的电源电压”之间的一个电压值，从小到大逐步增加电压幅度。

步骤S5、观察每一个电压偏置条件下，芯片表面的电致发光现象及经收集 和增强的电子流而得到的发光像，将此发光像和器件表面的光学反射像叠加、 比对、分析，剔除干扰斑点，确定异常光斑所在的部位为失效点部位。

最后，通过结合后续的物理分析手段，对失效点进行形貌观察或分析，确 认失效机理。

以上步骤可概括为管脚定位、器件失效点探测前的样品准备、失效点探测 三个步骤。如此，利用本发明的失效定位夹具，采用本发明的失效定位方法， 即可实现对BGA封装器件芯片级失效时的失效定位。

本发明的失效定位方法及夹具，操作简便、安全，能解决BGA器件球栅阵 列中某个焊球上因焊接引出线之后，引线的存在及其弯曲度引起BGA器件摆放 不平整而影响芯片中失效点探测的效率及准确度的问题；也不存在BGA器件芯 片表面被遮挡住而影响光发射探测失效点的问题，可方便、快捷的协助完成多 种封装尺寸BGA器件芯片级失效时的失效定位，为后续的失效部位的物理分析、 失效原因及失效机理确认指明了方向，有助于防止失效的重复发生，从而提高 BGA器件的可靠性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。