电子产品失效分析技术.ppt

电子产品失效分析技术 内容 失效分析概论 主要失效模式及机理 失效分析基本程序 失效分析技术与设备 失效案例分析 失效分析概论 1. 基本概念 失效——产品丧失功能或降低到不能满足规定的要求。 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。 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。 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 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。 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。 按持续性分类：致命性失效，间歇失效，缓慢退化 按失效时间分：早期失效，随机失效，磨损失效 按电测结果分：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效 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 失效模式及分布 失效模式及分布 失效机理 过应力失效 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。 热过应力——环境温度、壳温、结温超过规定的最大额定值。 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 CMOS电路闩锁失效 条件——在使用上（VI；VO）VDD或（VI；VO）VSS；或电源端到地发生二次击穿。 危害——一旦导通电源端产生很大电流，破坏性和非破坏性。 失效特点——点现象，内部失效判别。 测试标准——EIA/JESD78 IC Latch-Up Test。 失效机理 失效机理 金属腐蚀失效 当金属与周围介质接触时，由于发生化学反应或电化学作用而引起金属腐蚀。 电子元器件中，外引线及封装壳内的金属因腐蚀而引起电性能恶化直至失效。 腐蚀产物形貌观察和成分测定对失效分析很有帮助。 失效机理 银离子迁移 银离子迁移是一种电化学现象，在具备水份和电场的条件时发生。 失效机理 金铝化合物失效 金和铝键合，在长期储存和使用后，金铝之间生成AuAl2，AuAl，Au2Al，Au5Al2，Au4Al等金属间化合物（IMC） 这些IMC的物理性质不同，电导率较低。 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。 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。 失效机理 柯肯德尔效应 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。 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 金属化电迁移 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”。 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 “爆米花效应”（分层效应） “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 3. 失效分析程序 失效分析基本程序 非破坏性分析的基本路径 外观检查 模式确认（测试和试验，对比分析） 检漏 可动微粒检测 X光照相 声学扫描 模拟试验 失效分析基本程序 半破坏性分析的基本路径 可动微粒收集 内部气氛检测 开封检查 不加电的内部检查（光学，SEM，微区分析） 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） 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 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） 剖切面分析（光学，SEM，TEM） 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 失效分析技术与设备 制样技术 机械加工工具 研磨、抛光 化学腐蚀 有机溶解 反应离子刻蚀 聚焦离子束（FIB） 失效分析技术与设备 形貌观察技术 目检 光学显微镜（立体显微镜、金相显微镜） SEM—扫描电子显微镜 TEM—投射电子显微镜 AFM—原子力显微镜 X-RAY透视 SAM—扫描