细叙各类电子元器件的失效模式与机理

细叙各类电子元器件的失效模式与机理

细叙各类电子元器件的失效模式与机理

电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情,比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间,有时甚至炸机。

硬件工程师调试爆炸现场

所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。

电阻器失效模式与机理失效模式:各种失效的现象及其表现的形式。失效机理:是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。1、电阻器的主要失效模式与失效机理为1) 开路:主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落,基体断裂,引线帽与电阻体脱落。2) 阻值漂移超规范:电阻膜有缺陷或退化,基体有可动钠离子,保护涂层不良。3) 引线断裂:电阻体焊接工艺缺陷,焊点污染,引线机械应力损伤。4) 短路:银的迁移,电晕放电。2、失效模式占失效总比例表

(1)、线绕电阻

失效模式占失效总比例开路90%阻值漂移2%引线断裂7%其它1%

(2)、非线绕电阻

失效模式占失效总比例开路49%阻值漂移22%引线断裂17%其它7%

3、失效机理分析

电阻器失效机理是多方面的,工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。

(1)、导电材料的结构变化

薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得,在一定程度上存在无定型结构。按热力

典型电子元器件失效分析方法

典型电子元器件失效分析方法 纵观当今电子信息技术发展状况,自进入二十世纪后期以来发展尤为猛烈,而电子元器件作为发展电子信息技术的基础,一直扮演着十分重要的角色。于是,了解电子元器件失效分析是人们一直关心的问题,那么这次华强北IC代购网就为大家简要的介绍几种典型电子元器件失效分析方法。 1、微分析法 (1)肉眼观察是微分析技术的第一步,对电子元器件进行形貌观察、线系及其定位失准等,必要时还可以借助仪器,例如:扫描电镜和透射电子显微镜等进行观察; (2)其次,我们需要了解电子元器件制作所用的材料、成分的深度分布等信息。而AES、SIMS和XPS仪器都能帮助我们更好的了解以上信息。不过,在作AES测试时,电子束的焦斑要小,才能得到更高的横向分辨率; (3)最后,了解电子元器件衬底的晶体取向,探测薄膜是单晶还是多晶等对其结构进行分析是一个很重要的方面,这些信息主要由XRD结构探测仪来获取。 2、光学显微镜分析法 进行光辐射显微分析技术的仪器主要有立体显微镜和金相显微镜。将其两者的技术特点结合使用,便可观测到器件的外观、以及失效部位的表面形状、结构、组织、尺寸等。亦可用来检测芯片击穿和烧毁的现象。此外我们还可以借助具有可提供明场、暗场、微干涉相衬和偏振等观察手段的显微镜辅助装置,以适应各种电子元器件失效分析的需要。 3、红外显微分析法

与金相显微镜的结构相似,不同的是红外显微镜是利用近红外光源,并采用红外变像管成像,利用此工作原理不用对芯片进行剖切也能观察到芯片内部的缺陷及焊接情况。 红外显微分析法是针对微小面积的电子元器件,在对不影响器件电学特性和工作情况下,利用红外显微技术进行高精度非接触测温方法,对电子元器件失效分析都具有重要的意义。 4、声学显微镜分析法 电子元器件主要是由金属、陶瓷和塑料等材料制成的,因此声学显微镜分析法就是基于超声波可在以上这些均质传播的特点,进行电子元器件失效分析。此外,声学显微镜分析法最大的特点就是,能观察到光学显微镜无法看到的电子元器件内部情况并且能提供高衬度的检测图像。 以上是几种比较常见的典型电子元器件失效分析方法,电子元器件失效一直都是历久弥新的话题,而对电子元器件失效分析是确定其失效模式和失效机理的有效途径之一,对电子元器件的发展具有重要的意义。

电容失效模式和机理

电容的失效模式和失效机理 电容器的常见失效模式有: ――击穿短路;致命失效 ――开路;致命失效 ――电参数变化(包括电容量超差、损耗角正切值增大、绝缘性能下降或漏电流上升等;部分功能失效 ――漏液;部分功能失效 ――引线腐蚀或断裂;致命失效 ――绝缘子破裂;致命失效 ――绝缘子表面飞弧;部分功能失效 引起电容器失效的原因是多种多样的。各类电容器的材料、结构、制造工艺、性能和使用环境各不相同,失效机理也各不一样。 各种常见失效模式的主要产生机理归纳如下。 3.1失效模式的失效机理 3.1.1 引起电容器击穿的主要失效机理 ①电介质材料有疵点或缺陷,或含有导电杂质或导电粒子; ②电介质的电老化与热老化; ③电介质内部的电化学反应; ④银离子迁移; ⑤电介质在电容器制造过程中受到机械损伤; ⑥电介质分子结构改变; ⑦在高湿度或低气压环境中极间飞弧;

⑧在机械应力作用下电介质瞬时短路。 3.1.2 引起电容器开路的主要失效机理 ①引线部位发生“自愈“,使电极与引出线绝缘; ②引出线与电极接触表面氧化,造成低电平开路; ③引出线与电极接触不良; ④电解电容器阳极引出箔腐蚀断裂; ⑤液体电解质干涸或冻结; ⑥机械应力作用下电介质瞬时开路。 3.1.3 引起电容器电参数恶化的主要失效机理 ①受潮或表面污染; ②银离子迁移; ③自愈效应; ④电介质电老化与热老化; ⑤工作电解液挥发和变稠; ⑥电极腐蚀; ⑦湿式电解电容器中电介质腐蚀; ⑧杂质与有害离子的作用; ⑨引出线和电极的接触电阻增大。 3.1.4 引起电容器漏液的主要原因 ①电场作用下浸渍料分解放气使壳内气压上升; ②电容器金属外壳与密封盖焊接不佳; ③绝缘子与外壳或引线焊接不佳;

电子元器件失效模式总结

元器件的失效模式总结 Beverly Chen 2016-2-4 一、失效分析的意义 失效分析(Failure Analysis)的意义在于通过对已失效器件进行事后检查,确定失效模式,找出失效机理,确定失效的原因或相互关系,在产品设计或生产工艺等方面进行纠正以消除失效的再次发生。 一般的失效原因如下: 二、失效分析的步骤 失效分析的步骤要遵循先无损,后有损的方法来一步步验证。比如先进行外观检查,再进行相关仪器的内部探查,然后再进行电气测试,最后才可以进行破坏性拆解分析。这样可以避免破坏性的拆解破坏证据。拿到失效样品,首先从外观检查开始。 1. 外观检查:收到失效样品后,首先拍照,记录器件表面Marking信息,观察器件颜色外观等有何异常。 2.根据器件类型开始分析:

2.1贴片电阻,电流采样电阻 A: 外观检查,顶面覆盖保护层有针状圆形鼓起或黑色击穿孔->内部电阻层烧坏可能->万用表测量阻值:测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁可能->可能原因:过电压或过电流烧毁—>检查改电阻的稳态功率/电压或者瞬时功率/电压是否已超出spec要求。 Coating 鼓起并开裂黑色击穿点 ●可失效样品寄给供应商做开盖分析,查看供应商失效报告:如发现烧毁位置位于激光切 割线下端,可确定是过电压导致失效。需要考虑调整应用电路,降低电压应力,或者换成能承受更大应力的电阻。 激光切割线 去除coating保护层后,可以看到烧毁位置位于激光切割线旁边,该位置电应力最集中。 B: 外观检查,顶面底面均无异常->万用表测量阻值:测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁或者电极因硫化断开或阻抗增大->检查改电阻的稳态功率或者瞬时功率是否已超出spec要求,如有可能是过电压或过功率烧毁;应力分析在范围内,考虑硫化->失效样品寄给供应商分析。查看供应商失效报告: ●如发现烧毁位置位于激光切割线下端,可确定是过电压导致失效。需要考虑降低应用电 路中的电压应力,或者换成能承受更大应力的电阻。 ●如果测试发现保护层附近电极硫元素含量高且电极沿保护层边缘发生断裂情况,可确认 是应用中硫化物污染导致银电极被硫化生成AgS而断开需确认应用环境是否硫含量比较高。如果有必要,更换为抗硫化电阻。

电阻器常见的失效模式与 失效机理

电阻器常见的失效模式与失效机理失效模式:各种失效的现象及其表现的形式。 失效机理:是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 1、电阻器的主要失效模式与失效机理为: 1)开路:主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落,基体断裂,引线帽与电阻体脱落。 2)阻值漂移超规范:电阻膜有缺陷或退化,基体有可动钠离子,保护涂层不良。 3)引线断裂:电阻体焊接工艺缺陷,焊点污染,引线机械应力损伤。 4)短路:银的迁移,电晕放电。 2、失效模式占失效总比例表 (1)、线绕电阻 失效模式占失效总比例 开路90% 阻值漂移2% 引线断裂7% 其它1% (2)、非线绕电阻 失效模式占失效总比例 开路49% 阻值漂移22% 引线断裂17% 其它7% 3、失效机理分析 电阻器失效机理是多方面的,工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 (1)、导电材料的结构变化:

薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得,在一定程度上存在无 定型结构。按热力学观点,无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条 件下,导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化,也即导电材料内 部结构趋于致密化,能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力,使其内部结构发生畸变,线径愈小或膜层愈薄,应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力,残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除,电阻器的阻值则可能因 此发生变化。 结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓,但不可能在电阻器 使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化:任何情况,电负荷均会加速电阻器老化进程,并且电负 荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著,原因是电阻体 与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃, 寿命缩短一半。如果过负荷使电阻器温升超过额定负荷时温升50℃,则电阻 器的寿命仅为正常情况下寿命的1/32。可通过不到四个月的加速寿命试验, 即可考核电阻器在10年期间的工作稳定性。 直流负荷-电解作用:直流负荷作用下,电解作用导致电阻器老化。电解 发生在刻槽电阻器槽内,电阻基体所含的碱金属离子在槽间电场中位移,产生 离子电流。湿气存在时,电解过程更为剧烈。如果电阻膜是碳膜或金属膜,则 主要是电解氧化;如果电阻膜是金属氧化膜,则主要是电解还原。对于高阻薄 膜电阻器,电解作用的后果可使阻值增大,沿槽螺旋的一侧可能出现薄膜破坏 现象。在潮热环境下进行直流负荷试验,可全面考核电阻器基体材料与膜层的 抗氧化或抗还原性能,以及保护层的防潮性能。 (2)、气体吸附与解吸: 膜式电阻器的电阻膜在晶粒边界上,或导电颗粒和黏结剂部分,总可能 吸附非常少量的气体,它们构成了晶粒之间的中间层,阻碍了导电颗粒之间的 接触,从而明显影响阻值。 合成膜电阻器是在常压下制成,在真空或低气压工作时,将解吸部分附 气体,改善了导电颗粒之间的接触,使阻值下降。同样,在真空中制成的热分 解碳膜电阻器直接在正常环境条件下工作时,将因气压升高而吸附部分气体,

片式电阻的主要失效机理与失效模式

片式电阻的主要失效机理与失效模式 1.什么是片式电阻,片式电阻的概念。 片式电阻器又称为片式电阻,也叫表面贴装电阻,它与它片式元器件(SMC 及SMD)一样,是适用于表面贴装技术(SMT)的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。片式电阻在电路内的主要作用是降低电压,分担一部分电压即分压,限流保护电路,分流等,也可以用做时间电路元件和传感器等。 2.片式电阻的特性及分类。 表面组装的电阻器是表面组装元气件的组成之一,它属于无源元件,其作用主要供厚膜、薄膜电路作外贴元件用。它一般按两种方式进行分类。按特性与材料分类分为:厚膜电阻、薄膜电阻。按外形结构分类分为:矩形片式电阻、圆柱片式电阻、异形电阻。矩形片式电阻的结构如下图(a): (a)矩形片式电阻结构示意图 2.1矩形片式电阻结构介绍: 矩形片式电阻由基板、电阻膜、保护膜、电极四大部分组成。 基板:基板材料一般使用96%的Al2O3(三氧化二铝)陶瓷。基本应具体有

良好的电绝缘性,在高温下具有良好的导热性、电性能和一定强度的机械性能。电阻膜:电阻膜是用具有一定电阻率的电阻浆料印刷在陶瓷基本上的,在经过烧结而形成厚膜电阻。电阻浆料一般用RuO2(二氧化钉)。近年来开始使用贱金属系的电阻浆料,比如氧化系(TaN-Ta)、碳化系(WC-W)和Cu系材料,目的是降低成本。 保护膜:将保护膜覆盖在电阻膜上,保护膜的主要作用是保护电阻。它一方面起机械保护作用,另一方面使电阻体表面具有绝缘性,避免电阻与邻近导体接触而产生故障。保护膜一般是低熔点的玻璃浆料,进过印刷烧结而成。 电极:电极是为了保证电阻器具有良好的可焊性和可靠性,一般采用三层电极结构:内层电极、中间电极、外层电极。内层电极作用:连接电阻体的内部电极。中间电极是镀镍层,其阻挡作用,提高电阻散热,缓冲焊接的热冲击。外层电极是锡铅层,主要作用是使电极具有可焊性。 3片式电阻常见的失效模式与失效机理。 图(1)线绕电阻失效总比例图(2)非线绕电阻失效总比例 片式电阻的主要失效模式与失效机理为: 1) 开路:主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落,基体受力发生断裂,引线帽与电阻体发生脱落。

电子元器件失效性分析

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。 一、失效分析的基本内容,定义和意义 1.1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。 二、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。

电容失效模式及失效机理

电容器失效模式和失效机理 电容器的常见失效模式有:击穿、开路、电参数变化(包括电容量超差、损耗角正切值增大、绝缘性能下降或漏电流上下班升等)、漏液、引线腐蚀或断裂、绝缘子破裂或表面飞弧等.引起电容器失效的原因是多种多样的.各类电容器的材料、结构、制造工艺、性能和使用环境各不相同,失效机理也各不一样. 各种常见失效模式的主要产生机理归纳如下. 1、常见的七种失效模式 (1) 引起电容器击穿的主要失效机理 ①电介质材料有疵点或缺陷,或含有导电杂质或导电粒子; ②电介质的电老化与热老化; ③电介质内部的电化学反应; ④银离子迁移; ⑤电介质在电容器制造过程中受到机械损伤; ⑥电介质分子结构改变; ⑦在高湿度或低气压环境中极间飞弧; ⑧在机械应力作用下电介质瞬时短路. (2) 引起电容器开路的主要失效机理 ①引线部位发生“自愈“,使电极与引出线绝缘; ②引出线与电极接触表面氧化,造成低电平开路; ③引出线与电极接触不良; ④电解电容器阳极引出箔腐蚀断裂; ⑤液体工作台电解质干涸或冻结; ⑥机械应力作用下电介质瞬时开路. (3) 引起电容器电参数恶化的主要失效机理 ①受潮或表面污染; ②银离子迁移; ③自愈效应; ④电介质电老化与热老化; ⑤工作电解液挥发和变稠; ⑥电极腐蚀; ⑦湿式电解电容器中电介质腐蚀; ⑧杂质与有害离子的作用; ⑨引出线和电极的接触电阻增大. (4) 引起电容器漏液的主要原因 ①电场作用下浸渍料分解放气使壳内气压一升; ②电容器金属外壳与密封盖焊接不佳; ③绝缘了与外壳或引线焊接不佳; ④半密封电容器机械密封不良; ⑤半密封电容器引线表面不够光洁; ⑥工作电解液腐蚀焊点. (5) 引起电容器引线腐蚀或断裂的主要原因 ①高温度环境中电场作用下产生电化学腐蚀; ②电解液沿引线渗漏,使引线遭受化学腐蚀;

光电子元器件的失效模式和失效机理

光电子元器件的失效模式和失效机理 朱炜容 1.1 光电子器件的分类 在光电子技术中,光电子元器件包括光源器件以及光探测器件。其中光源器件主要有发光二极管和激光器。光探测器件主要是光电二极管。作为电气元件,光纤和光缆也是光电子技术中不可缺少的组成元件。 1.2 激光器的失效模式及失效机理 随着工作时间的增加,半导体激光器的工作性能将会劣化,发射功率和效率下降,有时还会发生突然失效的灾变性损坏。造成半导体激光器退化的原因除了其本身的因素外,还有使用温度、工作条件等环境因素。 一、暗线缺陷 暗线缺陷是激光器工作时形成的缺陷网络,这些缺陷最终会导致发射功率的下降。暗线缺陷的形成除了材料、工艺过程中会引入外,其形成过程与温度有很大的关系,它所引起的退化速率强烈地依赖于温度。 二、腔面损伤退化 腔面的损伤退化一般有灾变性退化和化学腐蚀损伤退化。 在高功率密度激光的作用下,由于局部过热、氧化、腐蚀、介质膜的针孔和杂质等因素使腔面遭受损伤,从而使局部电流密度增加,局部大量发热,在热电正反馈的作用下,最终腔面局部熔融,导致灾难性的损伤,器件完全失效。 腔面的化学腐蚀是由于光化学作用使腔面表面发生氧化,并形成局部缺陷,导致腔面局部发热,使激光器性能退化甚至失效。 三、电极退化 高功率半导体激光器的欧姆接触退化和热阻退化与其他电子器件的电极退化相似。电极金属和半导体材料间存在互扩散,在烧结的部位,孔洞和晶须的生长现象是常见的退化模式。另外,热应力导致的电极损伤也很常见。由于电极远离器件的有源区,电极退化对器件特性的影响一般在老化或工作一定时间后再表现出来。

半导体激光器的工作性能对温度非常敏感,温度升高将加速暗线缺陷的生长,腔面氧化等失效机理,严重影响激光器的寿命。激光器的转换效率不高,自身的功耗很大,因此降低热阻是提高激光器寿命和可靠性的主要方法之一。芯片电极烧结质量的好坏不但影响了热阻的大小,而且还关系到电极的电阻,因为激光器在正常工作时,其一般工作电流为几十甚至上百安培,即使是很小的电极电阻,也将产生很大的热功耗,减小电极电阻可以减小激光器本身的热功耗。此外,烧结工艺控制不好会造成焊料沾污腔面、焊料导致pn结短路以及烧结应力导致芯片损伤等。因此电极的烧结质量与半导体激光器的性能、稳定性和可靠性紧密相关。 1.3 光电二极管的失效模式和失效机理 光电二极管的失效模式主要有:结构损伤、光纤断裂、开路、短路、性能参数退化(暗电流上升、响应度降低、击穿电压降低等)和IV特性变化等。 引起这些失效的主要原因如下: 1、结构损伤 整个光电二极管结构由于外力导致构成器件的各有机组成部分产生大的机械变形、位移,严重影响到器件的使用性能或致使器件失去规定的功能。这些外形结构的损伤失效容易通过目检并结合使用环境来判定。 1)机械应力如震动、冲击、碰撞、压力,可能会导致二极管的结构变形毁坏,外引线脱(断)落,光窗破裂,光纤塑套皱缩,纤芯断裂等失效。 2)热应力容易导致器件不同性质的材料之间因热膨胀系数的差异而位移、形变,从而导致结构(绝缘子、光窗、封边等)漏气、光纤位移甚至脱落。 3)高湿环境中器件金属表面容易受到电化学腐蚀,导致光窗脱落、封边漏气、外引出端及其与管脚间的绝缘电阻降低。 2、光纤断裂 1)各方向的应力超过了光纤承受的限度。 2)与金属或陶瓷插针粘接的光纤纤芯因机械或热应力作用导致光纤在插针结合部位断裂或损伤。

失效模式

电子元器件主要失效模式和机理介绍 本报编辑:韩双露时间: 2009-5-22 17:16:45 来源: 电子制造商情 中国赛宝实验室分析中心陈媛 摘要:电子元器件的种类繁多,相应的失效模式和机理也很多,本文归纳和总结电子元器件的 失效模式、分析和验证电子元器件的失效机理。针对失效模式和失效机理采取有效措施,是不 断提高电子元器件可靠性水平的过程。 关键词:电子元器件、可靠性、失效模式、失效机理 引言 电子元器件的失效主要是在产品的制造、试验、运输、存储和使用等过程中发生的,与原材料、设计、制造、使用密切相关。电子元器件的种类很多,相应的失效模式和机理也很多。失效模式是指失效的外在直观失效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。失效机理是指失效的物理、化学变化过程,微观过程可以追溯到原子、分子尺度和结构的变化,但与此相对的是它迟早也要表现出的一系列宏观(外在的)性能、性质变化,如疲劳、腐蚀和过应力等。 从现场失效和试验失效中去收集尽可能多的信息(包括失效形态、失效表现现象及失效结果等)进行归纳和总结电子元器件的失效模式,分析和验证失效机理,并针对失效模式和失效机理采取有效措施,是不断提高电子元器件可靠性水平的过程。

1 集成电路失效模式和机理介绍 集成电路的主要失效模式有功能失效、参数漂移、短路、开路等。集成电路失效模式统计分布见图1。 图1 集成电路失效模式分布 集成电路的主要失效机理有: 1)过电应力(EOS):是指元器件承受的电流、电压应力或功率超过其允许的最大范围。 2)静电损伤(ESD):微电子器件在加工生产、组装、贮存以及运输过程中,可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触,所带静电经过器件 引脚放电到地,使器件受到损伤或失效 3)闩锁效应(latch-up):集成电路由于过电应力触发内部寄生晶体管结构而呈现的一种低阻状态,这种低阻状态在触发条件去除或终止后仍会 存在。 4)电迁移(EM):当器件工作时,金属互连线内有一定的电流通过,金属离子会沿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。 5)热载流子效应(HC):热载流子是指其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,当其能量达到或超过 Si-SiO 界面势垒时(对电子注入为3.2eV,对空穴注入为4.5eV)便会注 2 入到氧化层中,产生界面态、氧化层陷阱或被陷阱所俘获,使氧化层电 荷增加或波动不稳,这就是热载流子效应。

FMEA 失效模式与影响分析

FMEA(失效模式与影响分析) Failure Mode and Effects Analysis潜在失效模式与后果分析在设计和制造产品时,通常有三道控制缺陷的防线:避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。FMEA正是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有效工具。 FMEA是一种可靠性设计的重要方法。它实际上是FMA(故障模式分析)和FEA(故障影响分析)的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析,以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一,它是一个“事前的行为”,而不是“事后的行为”。为达到最佳效益,FMEA必须在故障模式被纳入产品之前进行。 FMEA实际是一组系列化的活动,其过程包括:找出产品/过程中潜在的故障模式;根据相应的评价体系对找出的潜在故障模式进行风险量化评估;列出故障起因/机理,寻找预防或改进措施。 由于产品故障可能与设计、制造过程、使用、承包商/供应商以及服务有关,因此FMEA又细分为设计FMEA、过程FMEA、使用FMEA和服务FMEA四类。其中设计FMEA和过程FMEA 最为常用。 设计FMEA(也记为d-FMEA)应在一个设计概念形成之时或之前开始,并且在产品开发各阶段中,当设计有变化或得到其他信息时及时不断地修改,并在图样加工完成之前结束。其评价与分析的对象是最终的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。需要注意的是,d-FMEA在体现设计意图的同时还应保证制造或装配能够实现设计意图。因此,虽然d-FMEA不是靠过程控制来克服设计中的缺陷,但其可以考虑制造/装配过程中技术的/客观的限制,从而为过程控制提供了良好的基础。 进行d-FMEA有助于: ·设计要求与设计方案的相互权衡; ·制造与装配要求的最初设计; ·提高在设计/开发过程中考虑潜在故障模式及其对系统和产品影响的可能性; ·为制定全面、有效的设计试验计划和开发项目提供更多的信息; ·建立一套改进设计和开发试验的优先控制系统; ·为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考。 过程FMEA(也记为p-FMEA)应在生产工装准备之前、在过程可行性分析阶段或之前开始,而且要考虑从单个零件到总成的所有制造过程。其评价与分析的对象是所有新的部件/过程、更改过的部件/过程及应用或环境有变化的原有部件/过程。需要注意的是,虽然p-FMEA 不是靠改变产品设计来克服过程缺陷,但它要考虑与计划的装配过程有关的产品设计特性参数,以便最大限度地保证产品满足用户的要求和期望。 p-FMEA一般包括下述内容: ·确定与产品相关的过程潜在故障模式; ·评价故障对用户的潜在影响; ·确定潜在制造或装配过程的故障起因,确定减少故障发生或找出故障条件的过程控制变量;

电子器件失效分析--学习心得

《电子器件失效分析及可靠应用》-----学习心得 通过8月5日、6日两天的学习培训,结合我司的实际情况,总结以下几点学习体会。 一、电子器件失效的理念。 失效分析并不等同于维修,一般大公司的失效分析部包括物料的认证、生产问题的解决、硬件管理和设计评审,所以产品的失效包含很广的领域,并不是单纯的维修不良品。 二、失效分析的意义 失效分析是打开可靠性工程大门的钥匙。失效分析可以解决生产即时存在的问题,也为后续产品可靠性打下良好的基础,创造明显的价值。 三、电子器件失效的分类和控制 1、ESD控制 ESD失效的四个特征 隐蔽性:人体感知的静电放电电压2-3KV。 潜在性:损伤后性能没有明显的下降,往往是在产品到用户手里半年以上才发生问题。 随机性:从一个元件产生以后,一直到它失效以前的所有过程。 复杂性:分析困难,掩盖了失效的真正原因 结合我司的生产,首先应保证生产仪器的良好接地,工作台面的接地,特别是烙铁和测试仪器的接地,再就是防止人体放电,正确配戴静电

手环。 举例:LED不允许插在泡沫上,因泡沫上的静电可达1000V以上,而LED要求静电等级红光、绿光大概在500-1000V,蓝光大概为100-300V.根据这一实例,对于我司的IC供应商,我们可以要求其出具IC规格书中的一个静电等级,以便于有效判断IC失效是否为静电损伤的可能性。最后,最好能在生产线配一个静电测试仪。 2、MSD的控制 器件的潮湿敏感等级分为1-6级,当大于3级(即只允许暴露168H)时,必须要经过烘烤后使用; 当大于5级或5A级(即只允许暴露24-48H)以上时,建议不使用,否则就会出现“爆米花”效应(即当电子零件吸入湿汽时,由于外表温度的急剧升高,就会导致元件的外封装出现裂纹)。 结合我司,以后在电子来料检验时,注意供应商来料的暴露期限等级。在零件加工及成品生产的全过程注意防潮,注意关窗,成品任何时候不允许直接放在地面上,必须加隔板,避免靠墙堆放。 3、DFM,即可生产性设计 根据新产品的特点,对PCB布局设计,元件选择,制造工艺流程选择,可生产性等进行审核。提出改进建议,并确定工艺难点。在PCB投板之前就预计到可能产生的工艺问题,提前消除可生产性设计缺陷对产品造成的影响。 举例:0805以下的表贴器件,在过波峰时会出现器件的“立碑”现象,即表贴件在焊盘上立起来。造成这种现象的主要原因就是设计时

常见的电子元器件失效机理与分析

常见的电子元器件失效机理与分析 电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情,比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间,有时甚至炸机。 硬件工程师调试爆炸现场 所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。 电阻器失效 失效模式:各种失效的现象及其表现的形式。失效机理:是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 电阻器的失效模式与机理 ?开路:主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落,基体断裂,引线帽与电阻体脱落。 ?阻值漂移超规范:电阻膜有缺陷或退化,基体有可动钠离子,保护涂层不良。?引线断裂:电阻体焊接工艺缺陷,焊点污染,引线机械应力损伤。 ?短路:银的迁移,电晕放电。 失效模式占失效总比例表 ?线绕电阻: ?非线绕电阻:

失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的,工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 ?导电材料的结构变化: 薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得,在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点,无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下,导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化,也即导电材料内部结构趋于致密化,能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力,使其内部结构发生畸变,线径愈小或膜层愈薄,应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力,残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除,电阻器的阻值则可能因此发生变化。结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓,但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化:任何情况,电负荷均会加速电阻器老化进程,并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著,原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃,寿命缩短一

FMEA-失效模式和影响分析

FMEA-失效模式和影响分析 前言 蓝草咨询的目标:为用户提升工作业绩优异而努力,为用户明天事业腾飞以蓄能!蓝草咨询的老师:都有多年实战经验,拒绝传统的说教,以案例分析,讲故事为核心,化繁为简,互动体验场景,把学员当成真诚的朋友! 蓝草咨询的课程:以满足初级、中级、中高级的学员的个性化培训为出发点,通过学习达成不仅当前岗位知识与技能,同时为晋升岗位所需知识与技能做准备。课程设计不仅注意突出落地性、实战性、技能型,而且特别关注新技术、新渠道、新知识、创新型在实践中运用。 蓝草咨询的愿景:卓越的培训是获得知识的绝佳路径,同时是学员快乐的旅程,为快乐而培训为培训更快乐!目前开班的城市:北京、上海、深圳、苏州、香格里拉、荔波,行万里路,破万卷书! 蓝草咨询的增值服务:可以提供开具培训费的增值税专用发票。让用户合理利用国家鼓励培训各种优惠的政策。报名学习蓝草咨询的培训等学员可以申请免费成为“蓝草club”会员,会员可以免费参加(某些活动只收取成本费用)蓝草club定期不定期举办活动,如联谊会、读书会、品鉴会等。报名学习蓝草咨询培训的学员可以自愿参加蓝草企业“蓝草朋友圈”,分享来自全国各地、多行业多领域的多方面资源,感受朋友们的成功快乐。培训成绩合格的学员获颁培训结业证书,某些课程可以获得国内知名大学颁发的证书和国际培训证书(学员仅仅承担成本费用)。成为“蓝草club”会员的学员,报名参加另外蓝草举办的培训课程的,可以享受该培训课程多种优惠。 课程介绍 《FMEA-失效模式及后果分析》课程,FMEA作为IATF16949体系中的五大工具之一,本课

程主要从使用的角度,阐述了FMEA所有的条文及应用步骤,以及在实际使用中(包含DFMEA 和PFMEA)需要特别注意的事项,旨在帮助汽车厂及其零组件供应商的工程人员真正掌握该工具的使用,有助于产品在研发阶段预防产品质量风险,从而减少量产中的质量问题。 课程对象:产品研发工程师、项目管理经理、DQE、PQE、SQE、审核员、销售人员、采购工程师、机器设备的维护人员,管理人员等 课程目标 让学员了解最近版本的FMEA工具的关注点 熟悉FMEA的制作步骤 熟悉FMEA文件制作要领 让学员了解FMEA中的文件注意事项 通过学员的小组实际练习和对结果点评 课程内容 第一章如何做好一份实用的FMEA报告 1、90%的人员在做FMEA的时候觉得非常难做 2、80%的企业,做出来的FMEA基本没有人看,没有人用 3、问题出在哪 与学员互动,调节学员的学习兴趣 第二章 FMEA策略,策划和执行 1、FMEA的策略、策划和执行的概述 1)FMEA的策略、策划和执行的概述条文说明 2、FMEA基本框架和基本方法 1)FMEA的基本框架 2)FMEA的基本方法

电子元器件失效分析具体案列

案例一: 1 产品名称:单片机 MD87C51/B 2 商标:Intel 3 分析依据:MIL-STD-883E 微电子器件试验方法和程序微电路的失效分析程序 MIL-STD-883E 方法2010 内部目检(单片电路) 4 样品数量及编号:失效样品1#~6#,良品7#~12# 5 样品概述及失效背景:MD87C51/B 是一高速CMOS 单片机。委托方一共提供四种批次的此类样品。1#、5#、10#、11#、12#属9724 批次,其中1#样品已做过二次筛选和环境应力试验,是在整机测试过程中失效,5#样品在第一次通电工作不正常,须断电后重新通电可以正常工作,10#~12#样品是良品;2#、3#、4#样品属9731 批次,这三个样品在第一次上机时便无法写入程序,多次长时间擦除,内容显示为空,但仍不能写入;6#样品属9931 批次,失效情况同5#样品;7#~9#样品属9713 批次,为良品。 6 分析仪器 序号仪器、设备名称型号编号 1 立体显微镜LEICA ZM6 011701145 2 金相显微镜OPTIPHOT200 011701120 3 图示仪TYPE576 B349533 仪4 数字式示波器TDS3012 B018857 5 内部气氛分析仪IVA110S 011701141 器 设 6 静电放电测试系统ZAPMASTER7/2 470501389 备 7 等离子刻蚀仪ES 371 011701174 8 程控直流电源Agilent 6633B 660105754 9 波形发生器AFG320 610106387 10 电子扫描电镜(S E M)XL-30FEG 011701122 11 串行编程器Superpro/580 730103920 7 分析过程 1)样品外观分析:1#~6#进行外目检均未发生异常; 2)编程器读写试验:能对坏品进行内部程序存储器读取,但无法完成写操作,良品读写操作均正常; 3)内部水汽含量测试:应委托方要求,8#与12#样品进行内部水汽含量测试,结果符合要求;

电子元器件失效分析及技术发展

2006年1月 第1卷第1期 失效分析与预防创刊号电子元器件失效分析及技术发展 恩云飞,罗宏伟,来萍 (元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室,广州510610) [关键词]元器件;集成电路;失效分析 [摘要】本文以集成电路为代表介绍了元器件失效分析方法、流程、技术及发展,失效分析是元器件质量、可靠性保证的 重要环节,随着元器件设计与制造技术的提高以及失效分析技术及分析工具水平的提高,对元器件失效模式及失效机理的 认识逐步加深,失效分析工作将发挥更大的作用。 [中图分类号]7烈0[文献标识码】A DevelopmentofelectronComponentFailure加1alysis ENYun—fei,LUOHong-wei,LAIPing (舭砌n4比6D砌叮如r删嘶确筘如&却彬咄面忆‰妞y,国口ngzbu510610,吼抛) Keywo“k:corrlponem;inte黜dcin面t;failurean由sis Al玲恻:蹦lureaIlalysisme山0d,now粕dtecllTlolog)rdevelopment“nⅡDducedintenIlsofimegratedcircuitinthispaper.F灿re锄alysisisiIIlponamf研componemq11alit)randrelia:biH哆鹊㈣e.AstIledevel叩Hlem0fcoⅡlponentdesi印andprocess乜ecllIl010舒,t11edevel叩Ⅱ把moffailureaI】lalysistechnology锄d黼lureaIlalysisequipment,f越lureanalysiswiⅡbemor|e粕dmoIeusefm. 1前言 失效分析的目的是通过失效机理、失效原因分析获得产品改进的建议,避免类似失效的发生,提高产品可靠性。电子元器件的失效分析是借助各种测试技术和分析方法明确元器件的失效过程,分辨失效模式或机理,确定其最终的失效原因。失效分析是元器件可靠性工程中的一个重要组成部分。开展电子元器件失效分析工作需要具备相应的测试与分析手段、元器件失效机理等专业基础知识,并需要逐步积累失效分析经验。用于失效分析的设备很多且各有特点,应根据失效分析的要求,选用适当的分析技术和设备,充分利用其功能与特点,降低电子元器件失效分析成本,加快失效分析进度,提高失效分析成功率。 电子元器件是电子系统的重要及关键部件,元器件种类繁多,发展迅速,尤其是以集成电路为代表的微电子器件,其设计和制造技术正以惊人的速度向着规模更大、速度更快、集成度更高的方向发展。集成电路失效分析难度大,需要采用诸多先进的分析技术,涉及失效分析的各个环节与过程。本文以集成电路失效分析为代表介绍元器件失效分析的工作流程、分析技术方法以及未来发展所面临的挑战。 2集成电路失效分析主要流程及分析方法 2.1失效分析流程 典型的集成电路失效分析流程如图l。 2.2失效分析技术方法 2.2.1外部目检 外部目检在集成电路失效分析中十分重要,它将为后续的分析提供重要的信息。外部目检可以通过肉眼、放大倍数在4倍~80倍的立体显微镜、放大倍数在50倍。2000倍的金相显微镜、甚至是扫描电子显微镜(SEM)来检查失效器件与好器件之间的差异,确定各种尘化物、沾污、引脚腐蚀、引脚断裂、机械损伤、封装裂纹、晶须、金属迁移等缺陷,必要时利用EDx、原子吸收光谱等获得元素信息。 [收稿日期]2005—08—02[修订日期]2006一lO一27 [作者简介]恩云飞(1968一),女,硕士,高级工程师,从事集成电路失效机理及分析评价技术研究。

电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术培训

电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术培训 讲讲师师介介绍绍:: 费老师 男,原信息产业部电子五所高级工程师,理学硕士,“电子产品可靠性与环境试验”杂志编委,长期从事电子元器件的失效机理、失效分析技术和可靠性技术研究。分别于1989年、1992-1993年、2001年由联合国、原国家教委和中国国家留学基金管理委员会资助赴联邦德国、加拿大和美国作访问学者。曾在国内外刊物和学术会议上发表论文三十余篇。他领导的“VLSI 失效分析技术”课题组荣获2003年度“国防科技二等奖”。他领导的“VLSI 失效分析与可靠性评价技术”课题组荣获2006年度“国防科技二等奖”。2001年起多次应邀外出讲学,获得广大学员的一致好评。 【培训对象】系统总质量师、产品质量师、设计师、工艺师、研究员,质量可靠性管理和从事电子元器件(包括集成电路)失效分析工程师 【主办单位】中 国 电 子 标 准 协 会 培 训 中 心 【协办单位】深 圳 市 威 硕 企 业 管 理 咨 询 有 限 公 司 为了满足广大元器件生产企业对产品质量及可靠性方面的要求,我司决定在全国组织召开“电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术”高级研修班。研修班将由具有工程实践和教学丰富经验的教师主讲,通过讲解大量实例,帮助学员了解各种主要电子元器件的可靠性试验方法和试验结果的分析方法.

课程提纲: 第一部分电子元器件的可靠性试验 1 可靠性试验的基本概念 1.1 概率论基础 1.2 可靠性特征量 1.3 寿命分布函数 1.4 可靠性试验的目的和分类 1.5 可靠性试验设计的关键问题 2 寿命试验技术 2.1 加速寿命试验 2.2 定性寿命保证试验 2.3 截尾寿命试验 2.4 抽样寿命试验 3 试验结果的分析方法:威布尔分布的图估法 4 可靠性测定试验 4.1 点估计法 4.2 置信区间 5 可靠性验证试验 5.1 失效率等级和置信度 5.2 试验程序和抽样表 5.3 标准和应用 6 电子元器件可靠性培训试验案例

潜在失效模式及后果分析程序

1. 评价在制造过程中潜在的失效模式,分析其后果,评估其风险,从而预先采取措施,消除 或减少失效发生的机会,有效地提高产品质量和可靠性,达到顾客扌两丿意。 2. 适用范围: 适用于新的或更改后的产品/过程的策划阶段,对产品的零部件及各个过程的潜在失效模式及后果进行分析的活动。 3. 定义: 3.1 FMEA:过程潜在失效模式和后果分析,主要是由负责制造的工程师/多方论 证小组采用的一种分析技术,用来保证在可能的范围内已充分地考虑到并指明潜在失效模 式及其相关的起因或机理。 4. 职责 4.1开发部职责: 4.1.1由负责过程设计、制造、装配、售后服务、质量等方面的专家成立多方论证小组,负责 计算风险顺序数RPN 4.1.2多方论证小组职责: 4.121负责收集与FMEAS关数据资料。 4.1.2.2负责进行FMEA分析、评审、效果跟踪和确认。 4.1.3开发部负责对FMEA勺输出整理归档。 5. 作业流程 5.1开展FMEA勺时机FMEA旨在及早识别出潜在的失效,因此FMEA应在以下情况下开 展: 5.1.1在产品、过程设计概念形成,设计方案初步确定时开始FMEA 5.1.2在产品、过程设计的各个重要阶段,对FMEAJ行评审、修改; 5.1.3在如产品、过程设计文件完成之后完成FMEAC作; 5.1.4在进行产品、过程设计修改时对FMEAS行重新评审和修改。 5.2 FMEA活动的实施 5.2.2多方论证小组根据过程流程图、特殊特性清单、产品技术要求、过程特性参数、制造和 装配的要求等和现有的FMEA&料对过程潜在失效模式及后果进行分析。 5.3按下列要求填写FMEA表格:

√MOS器件及其集成电路的可靠性与失效分析

MOS 器件及其集成电路的可靠性与失效分析(提要) 作者:Xie M. X. (UESTC ,成都市) 影响MOS 器件及其集成电路可靠性的因素很多,有设计方面的,如材料、器件和工艺等的选取;有工艺方面的,如物理、化学等工艺的不稳定性;也有使用方面的,如电、热、机械等的应力和水汽等的侵入等。 从器件和工艺方面来考虑,影响MOS 集成电路可靠性的主要因素有三个:一是栅极氧化层性能退化;二是热电子效应;三是电极布线的退化。 由于器件和电路存在有一定失效的可能性,所以为了保证器件和电路能够正常工作一定的年限(例如,对于集成电路一般要求在10年以上),在出厂前就需要进行所谓可靠性评估,即事先预测出器件或者IC 的寿命或者失效率。 (1)可靠性评估: 对于各种元器件进行可靠性评估,实际上也就是根据检测到的元器件失效的数据来估算出元器件的有效使用寿命——能够正常工作的平均时间(MTTF ,mean time to failure )的一种处理过程。 因为对于元器件通过可靠性试验而获得的失效数据,往往遵从某种规律的分布,因此根据这些数据,由一定的分布规律出发,即可估算出MTTF 和失效率。 比较符合实际情况、使用最广泛的分布规律有两种,即对数正态分布和Weibull 分布。 ①对数正态分布: 若一个随机变量x 的对数服从正态分布,则该随机变量x 就服从对数正态分布;对数正态分布的概率密度函数为 222/)(ln 21 )(σμπσ--?=x e x x f 该分布函数的形式如图1所示。 对数正态分布是对数为正态分布的任 意随机变量的概率分布;如果x 是正态分布 的随机变量,则exp(x)为对数分布;同样, 如果y 是对数正态分布,则log(y)为正态分 布。 ②Weibull 分布: 由于Weibull 分布是根据最弱环节模型 或串联模型得到的,能充分反映材料缺陷和 应力集中源对材料疲劳寿命的影响,而且具 有递增的失效率,所以,将它作为材料或零件的寿命分布模型或给定寿命下的疲劳强 度模型是合适的;而且尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式。由于它可以根据失效概率密度来容易地推断出其分布参数,故被广泛地应用于各种寿命试验的数据处理。与对数正态分布相比,Weibull 分布具有更大的适用性。 Weibull 分布的失效概率密度函数为 m t m t m e t m t f )/()(ηη--?= 图1 对数正态分布

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