电子元器件失效分析技术与案例.docx

电子元器件失效分析技术与案例费庆学二站开始使用电子器件 当时电子元器件的寿命 20h.American from 1959 开始：1可靠性评价，预估产品寿命 2可靠性增长不 一定知道产品寿命，通过方法延长寿命 通过恶裂环境的试验通过改进提高 寿命 后来叫a.可靠性物理一实效分析的实例b.可靠数学第一部分：电子元器件失效分析技术（方法） 1．失效分析的基本的概念和一般程序A 定义：对电子元器件的失效的原因的诊断过程b. 目的：0000000c. 失效模式一一》失效结果一一》失效的表现形式一一》通过电测的形式取 得d. 失效机理：失效的物理化学根源一一》失效的原因 1）开路的可能失效机理 日本的失效机理分类：变形 变质 外来异物很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成 正反向都不 通为内部断开漏电和短路的可能的失效机理接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁 例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si和al互熔成为合金合 金熔点更低）塑封器件 烘烤效果好 当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质失效机理环境应力： 温度 温度过低易使焊锡脆化 而导致焊点脱落。

2.失效机理的内容I 失效模式与环境应力的关系任何产品都有一定的应力a 当应力＞强度 就会失效如过电/静电： 外加电压超过产品本身的额定值会失效b 应力与时间 应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生 故：如何增强强度&减少应力 能延长产品的寿命c. 一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命 特性随时间存在变化e 机械应力 如主板受热变形对零件的应力 认为用力 塑封的抗振动好应力好 陶瓷的差f 重复应力 如：冷热冲击是很好的零件筛选方法重复应力易导致产品老化，存在不可靠性 故使用其器件：不要过载；温湿度要适当II 如何做失效分析例：一个 EPROM 在使用后不能读写1） 先不要相信委托人的话，一定要复判2） 快始失效分析：取 NG&OK 品， DataSheet ， 查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试） 电源对地的待机电流下降开封发现 电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有 端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电阻，电流减小原因：闩锁效应 应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验－＞测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好， 至少要大于datasheet或近似良品的值在标准范围内的。

看维持电压（第二个拐点的电压），若大于标准值，则 很难回到原值若多片良品抽测都 OK， 说明使用者 使用不当导致改善措施：改善供电，加保护电路III失效分析技术的延伸失效分析的关键是打开样品 进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨 别尺寸的大小），受应力越小版本过新的产品也有可能存在可 靠性问题可能存在设计的问题良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径 破坏性物理分析（DPA）：失效前的物理分析VI 失效分析的一般程序 •收集失效现场数据： 作用：根据失效现场数据估计失效原因和失效责任方 根据失效环境：潮湿，辐射根据失效应力：过电，静电，高温，低温，高低温 根据失效发生的时期：早期，随机（如维修过程中导致），磨损 具体见文档：其中：随即失效的突发性可为静电，瞬间大电流即过电 电测并确定失效模式――非正式测试 用得最多的为连接测试：用万用表测量各管脚ISP （大规模可编程集成电路）端口过电应力损伤例： 不良：输出特性不随输入特性变化 （模拟的数据准确）万用表量正（看是否开）反向（是否漏电&短路）电阻：电源与地正反向电阻其他端子与地正反向电阻端子对电源正反向电阻例 R1 -OLT完全开路或电流为0R2 -偏大T部分开路或电流偏小R3 -偏大T部分开路或电流偏小OK -0Si 片上加 SiO2 ，在其上挖洞 反之，端口电流增大，有短路•非破坏检查 如X-Ray，反射式扫描声学显微镜•模拟失效分析技术―――历史重演 定义：通过比较模拟试验引起的失效现象与现场失效现象，确定能够失效 原因的技术。

种类：高温储存，潮热，高低温循环，静电放电，过电试验，门闩试验等 绝缘体间摩擦会产生静电，人带静电没有接地相当于带电绝缘体当 接近零件时，放电5V—45V） /5V=10%先打到 A 充电，，再打回 B 放电，模拟人放电 DVT 为被测设备打静电不能作为筛选，筛选为所有产品的测试打静电只是部分的测试，而且静电会导致产品的老化，有不可靠性案例：•打开封装聚焦离子束技术 物理作用：抛切，修改电路（可在芯片上直接修改芯片） 用途见教材 P14•镜检 通电并进行失效定位（查找发光部位－漏电部位（电流大）：用光反射放 大镜――正常发光）•对失效部位进行物理化学分析，确定失效机理焊接失效：焊接性 由 a 浸润性（材料； 薄膜（水，氧化物，油）；角度（ <60 度））b 合金化强度：焊接的时间和温度c 形变：自身形变 &外力芯片的钝化层为绝缘层 炭化的 SiO2 为可导电二次效应：ESD使俩极放电，• 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施第二部分 半导体器件失效机理，分析方法和纠正措施塑封失效机理内因：封装NG,好的塑胶封装不应出现断层原因：a长期暴露潮湿环境，受热后，水气膨胀，而分层一一实例：爆米 花现象b.机械应力一变形&压焊点脱落c.漏电流变化或开路对策：改善储存条件； 装配前烘烤； 控制工艺避免分层：控制电路板焊接工艺；a） 引线键合失效键合有：热压焊：焊接温度 300度。

时间控制不当，导致的科可德可空 洞（金铝互相扩散，应铝扩散快于金，故产生BondingPad的铝流 向金键，而产生空洞），从而导致：导电性差，易脱落 超声焊（通过振动实现） 受潮也会导致引线键合失效应受潮铝被腐蚀，使铝与Si脱落b） 水汽和离子沾污的失效分析和方法 表面&内部受潮：烘烤或开封清洗高温储存&反偏试验 看是否存在可恢复来判断c） EOS过流引起热 烧坏线路――一般为大面积的烧毁漏电――内部缺陷 or 大电流――穿钉现象金属热电迁移d） ESDe） CMOS 电路的闩锁效应――――保护电路同 ESD 保护电路 触发电流＞产品本身敏感电流 触发电流越高越好f） 金属电迁移g） 金属电化学腐蚀 原子由阳极向阴极移动，使离子留在两个电极间－金虚－常见的 电阻，电容，电路板易发生此现象h）金属一半导体接触失效不要过电；工艺控制；设计变更（追加隔离层）h） 芯片沾接失效（芯片断裂－膨胀系数差异导致；形变；引线键合 力度过大；封装后打印编号力度过大；Si&Al合金化过程过渡， A1深入过多Si,使局部发生厚薄度差异，使应力产生差异，而导 致；）对策：避免热老化，控制温度和时间； 采用合金焊：芯片和底座两金属层间加合金，金 si 合金即 金中含 20％Si， 300 度的熔点，此适合小功率器件。

较结 实但易脆易断； 软焊（有缓冲，难断裂）； 软胶； 环氧树脂；第三部分 电子元件失效机理，分析方法和纠正措施电阻器一一最容易发生的失效为：阻值增大；开路a 受潮，发生电腐蚀（金属原子－＞金属离子）－》一端变窄，过载，烧断 纯水不会发生电解，掺有离子的水会发生电解反应b.过电应力电容电解电容－用于电源滤波，一旦短路，后果严重用于低频电路 容值大（频率越高，容值越小），寿命短；漏液使电容减少；大电流烧 坏电极而短路放电；电源反接产生大电流烧坏电极，阴极氧化使绝缘 膜增厚，导致电容下降；长期放置不通电，阳极氧化膜不断脱落不能 及时修补，漏电电流增大，可加直流点一段时间使之修复——＞降温使用,使用标称温度（85 105 125度一1000h）高的电容；经常通 电10度法则——温度每升高10度，寿命缩短目前的一半反之加倍 坦电容——易被过电烧毁 电路串联电阻（每 V， 3 欧姆）美军标 多层陶瓷电容（多层使电容大）——外因：再流焊使 PCB 变形，引起，而导致漏电流增大 内因：银迁移引起边缘漏电和介质内部漏电——杂质，受潮一电解反应， 继电器问题：触点飞弧放电粘结键合点外围回路有线圈，线圈产生大的电动势时，且当键间有水气，会发生触点飞弧放电，而粘结。

连接器卡合；被氧化电路板离子迁移 最易发生的是两条线间的短路当线间有水份和杂质，通电后就使离子通 电，短路 可取短路物质的成份（能谱分析：E = h.l/上hL）溴能加速离子 的运动，存在于助焊济中零件分析：外观：是否颜色变深，变深则很可能为 EOS 反射式扫描声学显微象：被烧的会被炭化有阴影的为炭化 腐蚀开封：被炭化的塑封部分是无法的腐蚀X－Ray 看键合点：看是否有断裂（受热和机械应力）过电引起金属热电迁 移&金铝化合（非键合点不能有金，有金则说明有过热）另：静电试验不会有过热，不会有炭化而EOS有浓硫酸：发烟 硝酸=1： 2,温度60度，两分钟可适度腐蚀炭化塑封材料或49%HF, 1.5分 钟可完全清除，但也会去除金属剩下的为Si可见Si也有损伤可见是过电 应力的损伤过热是EOS的主要损伤结论见 案例分析之 P3。