[发明专利]BGA封装器件芯片级失效定位夹具与方法

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。