电子元器件分析技术.ppt

电子元器件失效分析技术 信息产业部电子五所 可靠性分析中心 费庆宇 基本概念和失效分析技术 第一部分 失效的概念 失效定义 1 特性剧烈或缓慢变化 2 不能正常工作 3 不能自愈 失效种类 1 致命性失效：如过电应力损伤 2 缓慢退化：如MESFET的IDSS下降 3 间歇失效：如塑封器件随温度变化间歇失效 失效物理模型 应力－强度模型 失效原因： 应力强度 强度随时间缓慢减小 如:过电应力（EOS）、静电放电（ESD）、闩锁（latch up) 应力－时间模型（反应论模型） 失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超差。如金属电迁移、腐蚀、热疲劳 温度应力－时间模型 温度应力的时间累积效应 与力学公式类比 失效物理模型小结 应力－强度模型：不考虑激活能和时间效应，适用于偶然失效，失效过程短，特性变化快，属剧烈变化，失效现象明显。. 应力－时间模型（反应论模型）：需考虑激活能和时间效应，适用于缓慢退化，失效现象不明显。 明显失效现象可用应力－强度模型来解释 可靠性评价的主要内容 产品抗各种应力的能力 产品的平均寿命 预计平均寿命的方法 1求激活能 E 预计平均寿命的方法 2 求加速系数F 预计平均寿命的方法 由高温寿命L1推算常温寿命L2 F=L2/L1 对指数分布 L1=MTTF=1/λ λ失效率 失效分析的概念 失效分析的定义 失效分析的目的 确定失效模式 确定失效机理 提出纠正措施，防止失效重复出现 失效模式的概念和种类 失效的表现形式叫失效模式 按电测结果分类：开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效 失效机理的概念 失效的物理化学根源叫失效机理。例如 开路的可能失效机理：过电烧毁、静电损伤、金属电迁移、金属的电化学腐蚀、压焊点脱落、CMOS电路的闩锁效应 漏电和短路的可能失效机理：颗粒引发短路、介质击穿、pn微等离子击穿、Si-Al互熔 失效机理的概念（续） 参数漂移的可能失效机理：封装内水汽凝结、介质的离子沾污、欧姆接触退化、金属电迁移、辐射损伤 引起失效的因素 材料、设计、工艺 环境应力 环境应力包括：过电、温度、湿度、机械应力、静电、重复应力 时间 失效分析的作用 确定引起失效的责任方（用应力－强度模型说明） 确定失效原因 为实施整改措施提供确凿的证据 举例说明：失效分析的概念和作用 某EPROM 使用后无读写功能 失效模式：电源对地的待机电流下降 失效部位：部分电源内引线熔断 失效机理：闩锁效应 确定失效责任方：模拟试验 改进措施建议：改善供电电网，加保护电路 某EPROM的失效分析结果 模拟试验确定失效责任方 失效分析的受益者 元器件厂：获得改进产品设计和工艺的依据 整机厂：获得索赔、改变元器件供货商、改进电路设计、改进电路板制造工艺、提高测试技术、设计保护电路的依据 整机用户：获得改进操作环境和操作规程的依据 提高产品成品率和可靠性，树立企业形象，提高产品竞争力 失效分析技术的延伸 进货分析的作用：选择优质的供货渠道，防止假冒伪劣元器件进入整机生产线 良品分析的作用：学习先进技术的捷径 失效分析的一般程序 收集失效现场数据 电测并确定失效模式 非破坏检查 打开封装 镜检 通电并进行失效定位 对失效部位进行物理化学分析，确定失效机理 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施 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 根据失效发生期:早期、随机、磨损 失效现场数据的内容 水汽对电子元器件的影响 电参数漂移 外引线腐蚀 金属化腐蚀 金属半导体接触退化 辐射对电子元器件的影响 参数漂移、软失效 例：n沟道MOS器件阈值电压减小 失效应力与失效模式的相关性 过电：pn结烧毁、电源内引线烧毁、电源金属化烧毁 静电：MOS器件氧化层击穿、输入保护电路潜在损伤或烧毁 热：键合失效、Al-Si互溶、pn结漏电 热电：金属电迁移、欧姆接触退化 高低温：芯片断裂、芯片粘接失效 低温：芯片断裂 失效发生期与失效机理的关系 早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料缺陷、筛选不充分 随机失效：静电损伤、过电损伤 磨损失效：元器件老化 随机失效有突发性和明显性 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性 失效发生期与失效率 以失效分析为目的的电测技术 电测在失效分析中的作用 重现失效现象，确定失效模式，缩小故障隔离区，确定失效定位的激励条件，为进行信号寻迹法失效定位创造条件 电测的种类和相关性 连接性失效