电子产品失效分析技术PPT57页.ppt

电子产品失效分析技术内容ß失效分析概论ß主要失效模式及机理ß失效分析基本程序ß失效分析技术与设备ß失效案例分析失效分析概论失效分析概论1.￿基本概念ß失效——产品丧失功能或降低到不能满足规定的要求ß失效模式——电子产品失效现象的表现形式如开路、短路、参数漂移、不稳定等ß失效机理——导致失效的物理化学变化过程，和对这一过程的解释ß应力——驱动产品完成功能所需的动力和产品经历的环境条件，是产品退化的诱因失效分析概论2.￿失效分析的定义和作用ß失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查使用电测试以及先进的物理、金相和化学的分析技术，验证所报告的失效，确定试销模式，找出失效机理ß根据失效分析得出的相关结论，确定失效的原因或相关关系，从而在产生工艺、器件设计、试验或应用方面采取纠正措施，以消除失效模式或机理产生的原因，或防止其再次出现主要失效模式及机理失效模式失效模式就是失效的外在表现形式ß按持续性分类：致命性失效，间歇失效，缓慢退化ß按失效时间分：早期失效，随机失效，磨损失效ß按电测结果分：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效ß按失效原因分：电应力（EOS）和静电放电（ESD）导致的失效，制造工艺不良导致的失效失效模式及分布集成电路集成电路分立元件分立元件电阻器电阻器电容器电容器失效模式及分布继电器继电器按插元件按插元件失效模式及分布失效机理1.过应力失效ß电过应力——电源输出输入的电源、电压超过规定的最大额定值。

ß热过应力——环境温度、壳温、结温超过规定的最大额定值ß机械过应力——振动、冲击、离心力或其他力学量超过规定的最大额定值失效机理2.CMOS电路闩锁失效ß条件——在使用上（VI；VO）>VDD或（VI；VO）

￿AuAl2呈紫色，俗称紫斑；￿Au5Al2，Au4Al呈浅金黄色，俗称黄斑；Au2Al呈白色俗称白斑ß键合点生成金铝化合物后，键合强度降低、变脆开裂、接触电阻增大，器件出现性能退化或引线从键合界面处脱落导致开路IMCIMC失效机理7.柯肯德尔效应ß金铝键合系统中，若采用Au丝热压焊工艺，由于高温，金向铝中迅速扩散，在金层一侧留下部分原子空隙，这些原子空隙自发聚积，在金属间化合物与金属交界面上形成了空洞，这称为柯肯德尔效应ß当柯氏效应（空洞）增大到一定程度后，将使键合界面强度急剧下降，接触电阻增大，最终导致开路失效失效机理8.金属化电迁移ß在外电场作用下，导电电子和金属离子间相互碰撞发生动量交换而使金属离子受到与电子流方向一致的作用力，金属离子由负极向正极移动，这种作用力称为“电子风”ß对铝，金等金属膜，电场力很小，金属离子主要受电子风的影响，使金属离子朝正极移动，在正极端形成金属离子的堆积，形成小丘，而在负极端生产空洞，使金属条断开失效机理9.“爆米花效应”（分层效应）ß“爆米花效应”是指塑封器件塑封材料内的水份在高温下受热发生膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分层，拉断键合丝，发生开路失效或间歇失效。

失效分析基本程序失效分析基本程序3.￿失效分析程序样品基本信息调查失效现场信息调查外观检查失效模式确认方案设计非破坏性分析破坏性分析综合分析报告编写失效分析基本程序非破坏性分析的基本路径ß外观检查ß模式确认（测试和试验，对比分析）ß检漏ß可动微粒检测ßX光照相ß声学扫描ß模拟试验失效分析基本程序半破坏性分析的基本路径ß可动微粒收集ß内部气氛检测ß开封检查ß不加电的内部检查（光学，SEM，微区分析）ß加电的内部检查（微探针，热像，光发射，电压衬度像，束感生电流像，电子束探针）ß多余物，污染物成分分析失效分析基本程序破坏性分析的基本路径ß加电的内部检查（去除钝化层，微探针，聚焦离子束，电子束探针）ß剖切面分析（光学，SEM，TEM）ß进一步的多余物，污染物成分分析失效分析技术与设备失效分析技术与设备技术技术探测源探测源探测物理量探测物理量用途用途电参数测试分析电信号确定失效模式和失效管脚定位扫描声学显微分析（SAM）超声波超声波测量超声波传播，分析材料弹性特征，晶体缺陷和多层结构分析，结构截面的非破坏性分析X-射线透视仪X射线X射线强度检测电子元器件及多层PCB板的内部结构X射线光电子能谱（XPS）特征X射线光电子通过测量光电子能量确定壳层能级，利用化学位移测量化学键和化合物，元素确定，化学位移显微红外吸收光谱（FTIR）红外线红外吸收光谱识别分子官能团，有机物结构分析二次离子质谱（SIMS）离子二次离子元素确定，表面元素分布失效分析技术与设备技术技术探测源探测源探测物理量探测物理量用途用途光学显微镜可见光反射光表面形貌，尺寸测量，缺陷观察扫描电子显微分析（SEM）电子二次电子，背散射电子表面形貌，晶体缺陷，电位分布，电压衬度像，电压频闪图，X射线能谱分析（EDS）电子特征X射线元素分析及元素分布俄歇电子能谱（AES）电子俄歇电子表面元素确定和元素深度分布聚焦离子束（FIB）离子二次离子截面加工和观察透射电子显微技术（TEM）电子电子截面形貌观察，晶格结构分析失效分析技术与设备制样技术制样技术ß机械加工工具ß研磨、抛光ß化学腐蚀ß有机溶解ß反应离子刻蚀ß聚焦离子束（FIB）FIB失效分析技术与设备形貌观察技术形貌观察技术ß目检ß光学显微镜（立体显微镜、金相显微镜）ßSEM—扫描电子显微镜ßTEM—投射电子显微镜ßAFM—原子力显微镜ßX-RAY透视ßSAM—扫描声学显微镜失效分析技术与设备结构ß主架ß载物台ß照明系统ß目镜系统ß物镜系统ß拍照系统光学显微镜光学显微镜失效分析技术与设备SEM-EDS失效分析技术与设备Topography of Carbon Particle Sample (BFI)TEM失效分析技术与设备AFM失效分析技术与设备结构ßX射线源ß屏蔽箱ß样品台ßX射线接收成像系统X-Ray透视系统透视系统失效分析技术与设备结构ß换能器及支架ß脉冲收发器ß示波器ß样品台（水槽）ß计算机控制系统ß显示器SAM失效分析技术与设备成分分析技术成分分析技术ßEDS—X射线能量色散谱ßAES—俄歇电子能谱ßSIMS—二次离子质谱ßXPS—X光电子能谱ßFTIR—红外光谱ßGCMS—气质联用ßIC—离子色谱ß内腔体气氛检测分析失效分析技术与设备AES失效分析技术与设备TOF-SIMS失效分析技术与设备XPSß用途：主要用于固体样品表面的组成、化学状态分析。

能进行定性、半定量及价态分析XPS失效分析技术与设备Condensed smear from compressed airFTIR失效分析技术与设备内部无损分析技术内部无损分析技术ßX-Ray透视观察ßSAM—扫描声学显微镜ßPIND—内部粒子噪声分析ß气密性分析失效分析技术与设备故障定位技术故障定位技术ß电参数检测分析定位（探针检测）ß形貌观察定位ß液晶敏感定位ß红外热成像定位ß光辐射显微定位失效分析技术与设备ß目的：确认失效模式和失效管脚定位，识别部分失效机理ß方法：与同批次好品同时进行功能测试和管脚直流特性（I-V特性）测试，对照良好样品、产品规范，解释差异ß结果：可识别参数漂移、参数不合格、开路、短路与失效现场不一致等失效模式和机理良好样品的I-V特性曲线失效样品的I-V特性曲线电参数检测分析电参数检测分析红外热像技术红外热像技术改进前的混合电路热分布图改进前的混合电路热分布图改进后的混合电路热分布图改进后的混合电路热分布图失效分析技术与设备失效分析技术与设备应力实验分析应力实验分析ß环境应力实验分析ß电应力实验分析ß机械应力实验分析失效案例分析失效案例分析LEACH继电器失效分析全过程继电器失效分析全过程ß应了解的信息（相关知识、失效样品信息、失效相关信息）ß失效模式确认ß制定分析方案（动态）ß证据提取、分析推进ß综合分析和结论ß编写报告失效案例分析1.了解继电器相关知识ß种类：电磁继电器、固体继电器ß结构：电磁系统、触点系统、机械传动系统ß电磁继电器的工作原理：1)电驱动线圈￿￿￿产生磁力￿￿￿机械力￿￿￿带动触点￿￿￿完成电连接2)簧片或弹簧力￿￿￿断开触点￿￿￿完成电切断失效案例分析ß继电器主要失效模式和失效机理失效模式接触失效线圈失效绝缘失效密封失效表现形式接触电阻增大或时断时通、触点粘结、触点断开故障、吸合/释放电压漂移。

线圈电阻超差、线圈开路、线圈短路绝缘电阻变小、介质耐压降低外壳损坏失效机理触点表面电化学腐蚀；触点表面高温氧化；燃弧——破坏触点表面，粘连，产生碳膜；触点表面金属电迁移；内部多余物残留；内部有机材料退化产生多余物；触点动作撞击；谐振；外部强电磁场等漆膜材料缺陷；漆膜电压击穿、漏电；漆膜温度、紫外光、辐射退化；漆包线机械损伤绝缘材料退化密封漏气失效案例分析2.了解失效样品产品信息ß气密封装ß工作电压DC48Vß触点电压125Vß触点电流5Aß触点电阻955Ω 3.了解现场失效信息ß使用场合：空调环境（27°C）ß失效现象：壳温高ß使用时间：一年多ß失效率：12.5%失效案例分析4.确定失效模式ß线圈温度异常ß线圈电阻异常（严重减小）ß漆包线漆膜破裂，铜芯丝裸露ß漆包线短路漏电ß结论：线圈失效失效案例分析5.失效原因分析FTIR分析结果失效案例分析差热分析结果失效案例分析气相色谱质谱分析结果良品漆包线未变黑失效样品漆包线变黑失效样品漆包线脱气量（µg/g）2.17922.71515.322脱付的有机成份有机溶剂（苯酚、呋喃等）有机溶剂（苯酚、呋喃等）邻苯二甲酸酐以及少量有机溶剂失效案例分析小结ß失效样品漆包线性能不合格。

ß失效样品150℃ ~213￿℃存在氧化放热反应，放热反应峰值温度为170 ℃ß失效样品发生氧化放热反应是因为漆膜中的增塑剂氧化放热ß良品300 ℃内无放热反应失效案例分析6.结论ß99年批次继电器漆包线漆膜退化引起线圈匝间和层间漏电、短路失效ß励磁功率产生温升￿￿￿￿漆膜增塑剂退化￿￿￿￿漆膜开裂、脱落￿￿￿￿线包匝间或层间漏电、短路￿￿￿￿线包励磁功率增大￿￿￿￿线包温度上升的恶性循环ß02年批次继电器，漆包线的漆膜改为2级漆膜，漆膜性能稳定Thank you!演讲完毕，谢谢观看！。