本文轉載自宜特小學堂〈IC電性異常，四大工具InGaAs、OBIRCH、Thermal EMMI、QDm該選哪台找亮點？〉，如果您對半導體產業新知有興趣，歡迎按下右邊的追蹤，就不會錯過宜特科技的最新文章！
工程師最怕的，不是晶片出現電性異常，而是找不到問題究竟出在哪！想要快速又精準揪出異常點（Hot Spot），選對分析工具就是關鍵。然而分析設備這麼多，到底該怎麼選，才能少走冤枉路、更快鎖定故障位置？
在宜特故障分析實驗室多年的實務經驗中，將常見的IC 電性異常可以歸納為「F4」：Leakage（漏電）、High Resistance（高阻抗）、Short（短路）、Open（開路）。
而面對這四大電性異常問題，讓工程師最頭痛的就是，如何依據樣品的電性特徵選擇定位工具，找出故障點。本文將分享如何挑選適合的設備，快速釐清四大電性異常現象，協助工程師順利找出故障位置，省時省力又省成本！
當 IC 運作不符合設計者預期時，應要先對 IC 異常腳位進行參數分析儀（IV-Curve）量測。透過量測獲得的電流與電壓關係圖，就能歸類電性異常為哪一種模式（如下圖）：
（一） Leakage（漏電）：電流跑錯路
在正常工作電壓下電流卻異常偏高，代表元件內部可能存在很微小的非預期漏電路徑，雖然還沒有死透到短路，但會導致功率消耗暴增或發熱。常見造成的原因包括閘極氧化層破壞（Gate Oxide Breakdown）、PN 接面漏電（Junction Leakage）等。
（二） High Resistance （高阻抗）：電流卡住了
當線路的阻抗變高，導通電流就會低於正常狀態，特性曲線向右偏移代表線路阻抗過大，這時就需要更高的電壓才能驅動微弱電流。常見原因包括 Via / Contact 接觸不良、金屬線路微裂（Micro-crack）、Void（空孔）或冷焊。
（三） Short（短路）：不該相通的地方接在一起
兩個端點（如 VDD 與 GND）之間的阻抗趨近於零，代表兩端點會直接完全導通，原本該有的開關與閘極控制就會完全失效，這時只要施加微小的電壓就會引發極大的電流。常見原因包括金屬橋接（Metal Bridge）、ESD打穿或介電層針孔（Pinhole）。
（四） Open（開路）：電流直接斷掉了
線路發生斷路（Break / Disconnect），形成無窮大阻抗，就會導致電流無法正常通過。常見原因有 Bump 脫焊、Bonding Wire（打線）斷裂、Metal 線路完全燒斷。
搞清楚是哪種電性異常後，下一步就是選對工具！但每種工具也都各有極限，以下是根據宜特EFA電性團隊多年的經驗，我們整理出最有效率的機台篩選邏輯：
（一） 漏電（Leakage）：先用 InGaAs分析
發現 IC 有漏電情形，我們多會先用 InGaAs（砷化鎵銦微光顯微鏡）分析。
1. 為什麼首選 InGaAs？
因為漏電多半發生在 Gate Oxide 擊穿或 PN 接面，電子與電洞複合時會釋放出微弱的光子（1100 nm 附近）。而InGaAs對微光的靈敏度極高，不僅能在極微小的微安培（μA）等級電流下抓到亮點；晶片正面佈滿金屬走線，漏電發出的光根本穿不透，只能把晶片從背面（Backside）研磨打薄，從底下的矽基板往上查找異常點。而InGaAs 的感測波長對矽（Si）基板穿透率極佳，因此自然成為漏電加背面（Backside）定位時無可取代的首選。
2.何時該換其他工具？
遇到樣品無法 Decap、漏電電流過大導致熱效應遠大於發光，或屬於多層堆疊（Stacked Die），就會建議改用 Thermal EMMI（InSb）或 OBIRCH （雷射光束電阻異常偵測）分析。
3. InGaAs 還是 Thermal EMMI？漏電分析這樣選
如果樣品允許背面開蓋或背面研磨，建議優先做 Backside InGaAs，成功率且解析度較高；若為不可破壞的完整封裝，建議先以 Thermal EMMI 鎖定大致熱區，再搭配X-ray確認異常熱源位置。
4. 案例示範：如何抓出漏電 Hot Spot？
施加偏壓下，晶片呈漏電異常。晶背研磨後進行 InGaAs 分析，感測器迅速捕捉到缺陷處電子-電洞複合釋放出的微弱光子，並精準呈現出數個藍色亮點（Hotspots），成功為後續的 FIB 切片與 TEM 物性分析（PFA）定位精確缺陷。
（二） 高阻抗（High Resistance）：先用 OBIRCH 分析
若 IC 呈現高阻抗異常（如 Contact/Via 阻抗偏高、線路微裂），我們多半會先用 OBIRCH（雷射光束誘發阻值異常偵測） 分析。
1. 為什麼首選 OBIRCH？
高阻抗問題通常不會「發光」，InGaAs 無法偵測到亮點。OBIRCH 利用 1300 nm 雷射加熱局部區域，引發高阻抗點（如 Void 空孔、冷焊、薄金屬）劇烈電阻與電流變化。是抓出 Via / Contact 高阻抗與 Metal Line 微裂的首選。
OBIRCH 可依據樣品結構彈性，支援正面與背面（Frontside / Backside）掃描。可直接對最上層的金屬線路或露出來的 Die 表面加熱照射；若正面遭密集金屬層遮蔽，亦可將矽基板打薄從背面照射。1300 nm 雷射對矽基板穿透力佳，能直接穿透矽層、精準加熱深層金屬缺陷。
2. 何時該換其他工具？
有時候遇到高阻抗點已經接近完全開路（Open, ΔI 極小），或是屬於先進封裝（如 CoWoS、RDL 層）無法接收到光學訊號的情形，若此時強行加大電壓強求訊號，極易將微小缺陷線路直接「熔斷」。
3. OBIRCH 還是 QDm？高阻抗分析這樣選
面對高阻抗，關鍵在於控制安全電流。建議工程師應先以 OBIRCH 進行低功率雷射掃描；若為先進封裝或多層內部走線高阻抗，則建議選用 QDm（量子鑽石顯微鏡），透過磁場感測直接重繪電流路徑，較不受光學遮蔽與熱擴散干擾。
4. 案例示範：如何找到高阻抗缺陷？
在施加相同偏壓下，好品晶片（下圖左）可偵測到正常驅動亮點；壞品晶片（下圖右）僅有微小異常電流，顯示有阻抗過高狀態，電流無法通過之情形。經由 Backside OBIRCH 分析，壞品於下圖右黃框區內之正常熱誘發訊號完全消失，後續可針對此區元件做 Delayer 分析，即可精確的定位異常缺陷。
（三） 短路（Short）：先用 OBIRCH 或 Thermal EMMI（InSb）分析
如果發現 IC 呈現短路異常，我們多半會先用 OBIRCH 或 Thermal EMMI（InSb）分析 。
1. 為什麼首選 OBIRCH 或 Thermal EMMI (InSb)？
(1) 金屬層微小短路，首選 OBIRCH：
若短路發生在晶片內部金屬層（Metal Bridge）或氧化層針孔（Pinhole），雷射加熱會引發極顯著的電阻與電流變化（ΔI），OBIRCH 能提供極高的空間解析度，直接鎖定微米級的短路橋接點。
(2) 大電流 / 大面積短路，首選 Thermal EMMI：
若短路電流較大，元件在極低電壓下就會產生明顯焦耳熱功率。Thermal EMMI（InSb）能夠直接偵測 3.0~5.0 μｍ 的熱輻射訊號，可免開蓋（Decap）直接對完整封裝或 PCB 進行快速掃描。
2. 遇到先進封裝短路，為什麼要換其他工具？
遇到先進封裝（如 CoWoS、3D IC、HBM、RDL 層）內的埋藏式短路，OBIRCH 的光學雷射無法穿透多層結構，而 Thermal EMMI（InSb）則會因大面積熱擴散（Thermal Spreading）導致影像一片模糊、無法精確鎖定 z 軸深度，這時我們就會改用 QDm（量子鑽石顯微鏡）分析。
3. OBIRCH、Thermal EMMI 還是 QDm？短路分析這樣選
裸 Die 樣品較小或電流短路（Short）異常，優先使用 OBIRCH；封裝或大電流短路（Direct Short）則先用 Thermal EMMI（InSb）粗略定位 ；若為先進封裝或多層金屬疊加區，建議直接採用 QDm（量子鑽石顯微鏡），利用微觀磁場透視，無損重構 3D 電流路徑。
4. 案例示範：OBIRCH 如何抓出短路異常點？
施加相同偏壓下，壞品（下圖右）呈現短路異常。經由 Backside OBIRCH 分析，偵測到黃框區內為異常亮點，且看出疑似 Metal 融燒現象。
不開蓋狀況下，壞品施加電壓後，經由 Thermal EMMI（InSb），偵測到黃框內為異常熱源，再配合 X-ray 疊圖確認異常處為封裝體或是 die 上，決定後續使用 FA 定位手法，減少選錯機台耗時分析。
下圖是一顆 BGA 封裝晶片，中間橘色箭頭所指位置，出現一個清晰的熱點（Hot Spot）。在完整封裝、不開蓋（Decap）的情況下，透過對異常 Pin 腳施加電壓偵測局部發熱，Thermal EMMI（InSb）敏銳地捕捉到熱輻射訊號。
下圖顯示驅動 IC 與面板連接處的走線或 Bonding 發生微裂或微短路（Short），通電後產生熱功率。透過Thermal EMMI（InSb）鎖定熱源位置，再搭配 PCB X-ray 進行結構透視，實現「電性定位+ 物性驗證」的高效故障分析流程。
（四）開路（Open）：先用 OBIRCH 分析
若發現 IC 呈現開路異常，我們多半會先用 OBIRCH 來分析。
1. 為什麼 Open 是最難抓的異常？
因為開路（Open）代表完全沒有電流通過可供感測，意味著「靠電流發光（InGaAs）」或「靠雷射誘發電流變化（OBIRCH）」的工具完全失效。
2. 沒有電流訊號，Open 該怎麼找？
建議客戶提供好壞品比對，偵測好品正常驅動的元件亮點處（Normal Turn On），再比對壞品亮點處，觀察兩者差異性。
(1) 方法一：施加高壓高頻訊號（RF / AC Bias）+ OBIRCH
透過施加高頻交流訊號，利用斷路點兩端的寄生電容（Parasitic Capacitance）產生微弱的充放電位移電流，進而引發局部微熱，再利用 OBIRCH 亮點結果比對差異。
(2) 方法二：QDm 磁場感測透視重建，找出電流斷在哪
對於 2.5D / 3D 先進封裝或 Bump/Bonding Wire 斷裂，QDm（量子鑽石顯微鏡） 能感測極微弱的磁場分布，工程師可透過電流在斷路點瞬間歸零的磁場邊界（Magnetic Field Boundary），精準視覺化找出「電流在哪裡中斷」。
3. 完全沒有電性反應，改用其他物性分析（PFA）技術
當電性迴路完全無法通電、連高頻訊號都無法傳導時，EFA 亮點定位機台將達到極限。此時宜特會建議客戶轉用 X-Ray / 3D X-Ray（CT）進行非破壞性結構透視，直接觀察打線（Bonding Wire）斷裂、Bump 脫焊或通孔（Via）斷裂位置。
4. OBIRCH、QDm 還是 3D X-Ray？Open 分析這樣選
遇到Open（開路）問題，切忌盲目加大 DC 直流電壓。應先確認是否能透過高頻/高壓觸發微弱訊號，並利用 QDm 感測磁場中斷點；若電性完全無反應，則應果斷搭配 3D X-Ray 進行結構照相，才是最節省時間與樣品成本的黃金路徑。
5. 案例示範：如何找出隱藏的 Open 斷點
針對異常 Pin 腳施加高壓或高頻交流訊號（AC Bias），利用斷路點（Open Spot）兩端產生的微弱寄生電容充放電位移，及電磁場變化量，偵測出異常斷點處。
面對日益複雜的 IC 與先進封裝結構，故障分析的核心已不只是「哪一台設備看得到亮點」，而是如何從電性特徵出發，建立一條由電性判讀、異常定位到物性驗證的完整分析路徑。
選對工具、安排正確的分析順序，才能在避免樣品二次損傷的同時，提升故障定位效率，讓每一個 Hot Spot 真正成為找出 Root Cause 的起點。若您對四大電性異常選用策略有疑問，歡迎來信至marketing_tw@istgroup.com 索取最佳速配表！
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