IC智能卡失效機(jī)理分析

 IC智能卡作為信息時(shí)代的新型高技術(shù)存儲(chǔ)產(chǎn)品，具有容量大、保密性強(qiáng)以及攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。通常所說(shuō)的IC卡，是把含有非揮發(fā)存儲(chǔ)單元NVM或集成有微控制器MCU等的IC芯片嵌裝于塑料基片而成，主要包括塑料基片(有或沒(méi)有磁條)、接觸面、IC芯片3個(gè)部分。傳統(tǒng)的IC卡制作工序?yàn)?對(duì)測(cè)試、信息寫入后的硅晶圓片進(jìn)行減薄、劃片，分離成小芯片，再經(jīng)裝片、引線鍵合、包封等工序制成IC卡模塊，最后嵌入IC卡塑料基板。
 
　　隨著IC產(chǎn)品制造工藝的提高以及高性能LSI的涌現(xiàn)，IC智能卡不斷向功能多樣化、智能化的方向發(fā)展，以滿足人們對(duì)方便、迅捷的追求。然而使用過(guò)程中出現(xiàn)的密碼校驗(yàn)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)寫入出錯(cuò)、亂碼、全“0”全“F”等諸多失效問(wèn)題，嚴(yán)重影響了IC卡的廣泛應(yīng)用。因此，有必要結(jié)合IC卡的制作工藝及使用環(huán)境對(duì)失效的IC卡進(jìn)行分析，深入研究其失效模式及失效機(jī)理，探索引起失效的根本原因，以便采取相應(yīng)的措施，改進(jìn)IC卡的質(zhì)量和性能1。
 
　　由IC卡失效樣品的分析實(shí)例發(fā)現(xiàn)，芯片碎裂、內(nèi)連引線脫落(脫焊、虛焊等)、芯片電路擊穿等現(xiàn)象是引起IC卡失效的主要原因，本文著重對(duì)IC卡芯片碎裂、鍵合失效模式及機(jī)理進(jìn)行研究和討論，并簡(jiǎn)略介紹其他失效模式。
 
　　1　芯片碎裂引起的失效 
　　由于IC卡使用薄/超薄芯片，芯片碎裂是導(dǎo)致其失效的主要原因，約占失效總數(shù)的一半以上，主要表現(xiàn)為IC卡數(shù)據(jù)寫入錯(cuò)、亂碼、全“0”全“F”。 
　　對(duì)不同公司提供的1739張失效IC卡進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，選取其中失效模式為全“0”全“F”的100個(gè)樣品進(jìn)行IC卡的正、背面腐蝕開封，光學(xué)顯微鏡(OM)觀察發(fā)現(xiàn)裂紋形狀多為“十”字、“T”字型，亦有部分為貫穿芯片的單條裂紋，并在頂針作用點(diǎn)處略有彎折，如圖1。碎裂芯片中的裂紋50%以上，位于芯片中央附近并垂直于邊緣;其余芯片的裂紋靠近芯片邊緣或集中于芯片。
 

此外，伴隨壓痕作用，芯片常發(fā)生破片現(xiàn)象，即在壓痕的周圍有部分材料呈碎屑狀。頂針作用時(shí)，在壓痕表面下的形變帶會(huì)有橫向裂紋的產(chǎn)生，壓痕作用消失后，橫向裂紋會(huì)發(fā)生增殖直至樣品表面，導(dǎo)致破片的產(chǎn)生。一般情況下，壓力越大，破片現(xiàn)象越嚴(yán)重。
 　
　　當(dāng)頂針作用在芯片背面的滑移過(guò)程時(shí)，頂針端部受到垂直載荷成比例的摩擦阻力作用，使得接觸圓的張應(yīng)力隨之增高。同時(shí)頂針滑過(guò)芯片，會(huì)在其背面留下條帶狀劃痕，有可能產(chǎn)生細(xì)微碎屑，楔入硅襯底材料形成微裂紋，極大地影響了芯片的強(qiáng)度。
 
　　對(duì)開封后的IC卡芯片背面進(jìn)行OM觀察，發(fā)現(xiàn)約大部分碎裂芯片的裂紋處或其附近都存在頂針劃痕，多為直線帶有彎鉤的形狀，且裂紋在劃痕處均有不同程度的彎折。劃痕尺寸較大，一般長(zhǎng)數(shù)十μm，寬大于10μm，且有一定深度，約為幾μm(圖6為20個(gè)樣品劃痕形狀、大小統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所得示意圖)。
 在特定接觸半徑下，芯片表面接觸圓外的張應(yīng)力與離接觸中心的徑向距離間滿足σr=σm(a/r)2，隨離接觸中心的徑向距離r的增大σr下降。因此，在離頂針作用點(diǎn)一定范圍內(nèi)，芯片表面仍存在張應(yīng)力表面層，為裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展提供了非常有利的條件。