电子元器件失效性分析..doc

电子元器件失效性分析与应用 赵春平 公安部第一研究所 摘要： 警用装备作为国内特种装备制造业之一，其可靠性、精确性要求非一般企业及产品所能满足，因其关系到现场使用者及人民的生命财产安全，故设备选材更是严之又严。电子元器件作为警用电子系统的基础及核心部件，它的失效及潜在缺陷都将对装备的可靠性产生重要影响；电子器件失效分析的目的是通过确定失效模式和失效机理，提出对策、采取措施，防止问题出现，失效分析对于查明元器件的失效原因并及时向设计者反馈信息是必须的。随着警用装备制造水平的不断进步，元器件的可靠性问题越来越受到重视，设备研制单位和器件生产厂家对失效分析技术及工程实践经验的需求也越来越迫切。 关键词：警用装备、可靠性、失效模式、失效机理。 失效分析的基本内容，定义和意义 失效分析的基本内容 电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序认定器件的失效现象，判断其失效模式和机理，从而确定失效原因，对后续设计提出建议，在生产过程中改进生产工艺，器件使用者在系统设计时改进电路设计，并对整机提出相应测试要求、完成测试。因此，失效分析对元器件的研制速度、整机的可靠性有着重要意义。 1.2 失效的分类 在实际使用中，可以根据需要对失效做适当分类：按模式分为：开路、短路、无功能、特性退化、重测合格；按原因分为：误用失效、本质失效、早起失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按程度分为：完全失效、局部失效、按时间分为：突然失效、渐变失效、退化失效；按外部表现分为：明显失效、隐蔽失效等。 失效的机理、模式 2.1失效的机理 由于电子器件的失效主要来自于产品制造、实验、运输、存储、使用等一系列过程中发生的情况，与材料、设计、制造、使用密切相关。且电子元器件种类繁多，故失效机理也很多，失效机理是器件失效的实质原因，在此说明器件是如何失效，相当于器件失效的物理和化学过程，从而表现出来性能、性质（如腐蚀、疲劳、过应力等）。元器件主要失效机理有： 2.1.1过应力（EOS）： 指元器件承受的电流、电压应力或功率超过了其允许的最大范围。 2.1.2静电损伤（ESD） 指电子器件在加工生产、组装、贮存、运输中与可能带静电的容器、测试及操作人员接触，所带经典经过器件引脚放电到地面，使器件收到损伤或失效。 2.1.3闩锁效应（Latch-Up）: MOS电路中由于寄生PNPN晶体管存在而呈现低阻状态，这种低阻状态在触发条件去除或者终止后任然会存在。 2.1.4电迁移（EM）: 当器件工作时，金属互联线内有一定电流通过，金属离子会沿着导体产生质量的运输，其结果会使导体的某些部位出现空洞或晶须。 2.1.5热载流子效应（HC）: 热载流子是指能量比费米能级大几个KT以上的载流子。这些载流子与晶格不处于热平衡状态，当其能量达到或者超过SI-SIO2界面势垒时（对电子注入为3.2eV,对空穴注入为4.5eV）便会注入到氧化层中，产生界面态，氧化层陷阱或被陷阱所俘获，是氧化层电荷增加或波动不稳，这就是热载流子效应。 2.1.6栅氧击穿： 在MOS器件及其电路中，栅氧化层缺陷会导致栅氧漏电，漏电增加到一定程度即构成击穿。 2.1.7与时间有关的介质击穿（TDDB）： 施加的电场低于栅氧的本证击穿强度，但经历一定的时间后仍然会击穿，这是由于施加应力过程中，氧化层内产生并聚集了缺陷的原因。 2.1.8 由于金-吕之间的化学势不同，经长期使用或200度以上的高温存储后，会产生多种金属间化合物，如紫斑、白斑等。使铝层变薄、接触电阻增加，最后导致开路。300度高温下还会产生空洞，即可肯德尔效应，这种效应是高温下金向铝迅速扩散并形成化合物，在键合点四周出现环形空间，是铝膜部分或全部脱离，形成高祖或开路。 2.1.9爆米花效应： 塑封元器件塑封料内的水汽在高温下受热膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分层反映，拉断键合丝，从而发生开路失效。 2.2失效模式 失效的模式指外在的表现形式和过程规律，通常指测试或观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能失效等。产品的失效依据其是否具有损伤的时间累积效应而被分为过应力失效和损耗性失效，所以与时间相关的失效模型定量地描述了产品随时间的损伤积累状况，在宏观上表现为性能或是参数随时间的退化。 常用的失效模型有： 2.2.1 阿列尼乌兹模型： 列尼乌兹模型定量的给出化学反应速率与温度的关系，所以，如果一个产品的失效过程取决于这样的一个化学，列尼乌兹模型就给出了产品的寿命。 2.2.2艾林模型： 艾林模型与列尼乌兹模型相比可以考虑温度以外的更多应力的影响，同时潜在的可以考虑这些不同类型应力之间的相互作用。 三、失效分析技术 失效分析技术是失效分析使用的手段和方