电子元器件失效分析与典型案例4
电子元器件失效分析技术及经典案例
李少平老师：高级工程师，1984年毕业于成都电讯工程学院（现中国电子科技大学）半导体器件专业，毕业后一直在中国赛宝实验室（信息产业部电子第五研究所）可靠性研究分析中心从电子产品可靠性分析、研究工作。
长期从事对电子企业的可靠性增长和产品失效分析工作，具有丰富的失效分析经验，并积累了大量的经典分析案例，是中国赛宝实验室（信息产业部电子第五研究所）可靠性研究分析中心资深的失效分析专家。
主要培训的企业有：美的失效分析实验室建设技术咨询和失效分析技术培训，海尔检测中心的技术咨询和失效分析技术培训，广东核电进行电子元器件老化技术，继电器老化管理，板件老化管理培训，中兴通讯的失效分析技术培训，富士康失效分析技术现场研讨，中国赛宝实验室元器件可靠性研究分析中培训学员的实习指导，以及失效分析专题公开培训。
先后参与《失效分析经典案例100例》和《电子元器件失效技术》的编写。
中国赛宝实验室（信息产业部电子第五研究所）是可靠性专业的综合研究所，属下的可靠性研究分析中心专门从可靠性物理的研究和分析工作，面向军、民企业提供可靠性支撑技术，直接的服务主要是包括失效分析的可靠性技术。
可靠性物理及其应用技术国家重点实验室的依托实体就是信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心。
功能安全之“元器件失效模式”
功能安全之“元器件失效模式”汽车电子硬件工程师，最近开始调研“功能安全”相关正文：继续王顾左右而言他。
因为功能安全是在是很大的一个概念。
如果说细了，篇幅很长，显得无趣；而且会显得虚，可操作性差。
因为，工程师往往要求的不是know what、know why，而是know how。
例如，知道热量传递的三种方式传导/对流/辐射，是不是知识？是！该不该掌握？该掌握。
有用吗？没用。
项目脚打后脑勺迫切需要的确认PCB上元器件的温度到底是149度or 151度，然后得马上送去加工。
1、电子元器件失效模式引自ISO26262-5附录中的例子。
电阻的失效率和失效模式即电阻的失效率为2Fit；失效模式中开路占90%，失效率2*90%=1.8Fit失效模式中短路占10%，失效率2*10%=0.2Fit电容的失效率和失效模式：MOSFET的失效率和失效模式：电磁阀的失效率和失效模式：MCU的失效率和失效模式：MCU的失效率很高，为100Fit。
ISO26262中失效模式两行填写的都是ALL，可能是笔误。
但在其文字描述部分提到，由于MCU内部过于复杂，其失效模式得具体ADC、Timer、I/O等展开，此处简化的失效模式正常50%、错误50%。
2、有用吗？没用吗。
有用吗？没用吗知道这个到底有什么用呢？既然主题是功能安全，失效率和失效模式在功能安全的评估中会用到。
功能安全评估中关于硬件的指标有4个。
以其中的1个指标举例，失效率在功能安全评估中的应用。
ASIL B C D对所有元器件失效率的累加之和要求如下：即某路涉及功能安全的回路中，所有元器件的失效率累加之和ASIL B要求<100FitASIL C要求<100FitASIL D要求<10Fit注：有的人也许有疑问，为什么ASIL B和C的要求是一样的，因为这只是指标之一。
那么，问题来了，前面提到MCU失效率是100Fit。
如果安全回路中涉及到MCU，那仅一个元器件就超标了，怎么办？又回到了之前博客文章提到的办法：1）检测和诊断2）如果还不行，那就增加一条回路做冗余备份3、你知道的太多了，呯！呯！呯！ISO26262-5对元器件失效率和失效模式的描述没有出现在正文中，而是出现在附录中，以示例的形式展示给阅读者。
第九期“电子元器件失效分析技术与案例”高级研修班
第九期“电子元器件失效分析技术与案例”高级研修班开课信息: 课程编号：KC7385开课日期（天数）上课地区费用2014/10/27-28 广东-深圳市1980更多: 无招生对象－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－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课程内容－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－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，我协决定在全国组织召开“电子元器件失效分析与案例”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失效机理、失效分析方法和纠正措施。
具体事宜通知如下：培训时间、地点:2天，成都第九期2007年10月27-28日，10月26日报到；培训费用：1980元/人（两天，含培训费、证书费、午餐费）。
请在开班前传真报名或邮寄回执表。
我们将在开班前2天内寄发《报到通知书》，告知详细地点及行车路线。
课程对象：系统总质量师、产品质量师、设计师、工艺师、研究员，质量可靠性管理和失效分析工程师；课程提纲：第一部分电子元器件失效分析技术案例1．失效分析的基本概念和一般程序2．失效分析的电测试3．无损失效分析4．模拟失效分析5．制样技术6．形貌像技术7．扫描电镜电压衬度像8．热点检测技术9．聚焦离子束技术10. 微区化学成分分析技术第二部分分立半导体器件和集成电路的失效机理和案例1．塑料封装失效2．引线键合失效3．水汽和离子沾污4．介质失效 5．过电应力损伤6．闩锁效应7．静电放电损伤8．金属电迁移9．金属电化学腐蚀10．金属-半导体接触退化11．芯片粘结失效第三部分电子元件的失效机理和案例1. 电阻器2. 电容器3. 继电器4．连接器5．印刷电路板和印刷电路板组件第四部分微波半导体器件失效机理和案例第五部分混合集成电路失效机理和案例第六部分其它器件的失效机理和案例讲师介绍－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－费庆宇男，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。
电子元器件的失效分析
电子元器件的失效分析随着人们对电子产品质量可靠性的要求不断增加，电子元器件的可靠性不断引起人们的关注，如何提高可靠性成为电子元器件制造的热点问题。
例如在卫星、飞机、舰船和计算机等所用电子元器件质量可靠性是卫星、飞机、舰船和计算机质量可靠性的基础。
这些都成为电子元器件可靠性又来和发展的动力，而电子元器件的实效分析成为其中很重要的部分。
一、失效分析的定义及意义可靠性工作的目的不仅是为了了解、评价电子元器件的可靠性水平，更重要的是要改进、提高电子元器件的可靠性。
所以，在从使用现场或可靠性试验中获得失效器件后，必须对它进行各种测试、分析，寻找、确定失效的原因，将分析结果反馈给设计、制造、管理等有关部门，采取针对性强的有效纠正措施，以改进、提高器件的可靠性。
这种测试分析，寻找失效原因或机理的过程，就是失效分析。
失效分析室对电子元器件失效机理、原因的诊断过程，是提高电子元器件可靠性的必由之路。
元器件由设计到生产到应用等各个环节，都有可能失效，从而失效分析贯穿于电子元器件的整个寿命周期。
因此，需要找出其失效产生原因，确定失效模式，并提出纠正措施，防止相同失效模式和失效机理在每个元器件上重复出现，提高元器件的可靠性。
归纳起来，失效分析的意义有以下5点：（1）通过失效分析得到改进设计、工艺或应用的理论和思想。
（2）通过了解引起失效的物理现象得到预测可靠性模型公式。
（3）为可靠性试验条件提供理论依据和实际分析手段。
（4）在处理工程遇到的元器件问题时，为是否要整批不用提供决策依据。
（5）通过实施失效分析的纠正措施可以提高成品率和可靠性，减小系统试验和运行工作时的故障，得到明显的经济效益。
二、失效的分类在实际使用中，可以根据需要对失效做适当的分类。
按失效模式，可以分为开路、短路、无功能、特性退化（劣化）、重测合格；按失效原因，可以分成误用失效、本质失效、早期失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按失效程度，可分为完全失效、部分（局部）失效；按失效时间特性程度及时间特性的组合，可以分成突然失效、渐变失效、间隙失效、稳定失效、突变失效、退化失效、可恢复性失效；按失效后果的严重性，可以分为致命失效、严重失效、轻度失效；按失效的关联性和独立性，可以分为关联失效、非关联失效、独立失效、从属失效；按失效的场合，可分为试验失效、现场失效（现场失效可以再分为调试失效、运行失效）；按失效的外部表现，可以分为明显失效、隐蔽失效。
PCB失效分析技术与案例
PCB失效分析技术与典型案例2009-11-18 15:10:05 资料来源:PCBcity 作者: 罗道军、汪洋、聂昕摘要| 由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求，越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF等等各种失效问题。
本文首先介绍针对PCB在使用过程中的这些失效的分析技术，包括扫描电镜与能谱、光电子能谱、切片、热分析以及傅立叶红外光谱分析等。
然后结合PCB的典型失效分析案例，介绍这些分析技术在实际案例中的应用。
PCB失效机理与原因的获得将有利于将来对PCB的质量控制，从而避免类似问题的再度发生。
关键词| 印制电路板，失效分析，分析技术一、前言PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
随着电子信息产品的小型化以及无铅无卤化的环保要求，PCB也向高密度高Tg以及环保的方向发展。
但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题，并因此引发了许多的质量纠纷。
为了弄清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任，必须对所发生的失效案例进行失效分析。
本文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术，同时介绍一些典型的案例。
二、失效分析技术介于PCB的结构特点与失效的主要模式，本文将重点介绍九项用于PCB失效分析的技术，包括：外观检查、X射线透视检查、金相切片分析、热分析、光电子能谱分析、显微红外分析、扫描电镜分析以及X射线能谱分析等。
其中金相切片分析是属于破坏性的分析技术，一旦使用了这两种技术，样品就破坏了，且无法恢复；另外由于制样的要求，可能扫描电镜分析和X射线能谱分析有时也需要部分破坏样品。
此外，在分析的过程中可能还会由于失效定位和失效原因的验证的需要，可能需要使用如热应力、电性能、可焊性测试与尺寸测量等方面的试验技术，这里就不专门介绍了。
2.1 外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。
失效分析之经典案例
电子元器件失效分析技术与失效分析经典案例案例1 器件内部缺陷——导致整机批次性失效失效信息：整机是磁盘驱动器，制造过程整机的次品率正常为300ppm，某时起发现次品率波动，次品原因是霍尔器件极间漏电、短路。
图1 引出电极金属化（金）边缘脱落跨接图片析说明：引出电极金属化边两电极之间，在电压作用下漏电、击穿。
案例电极边缘脱落，跨接两电极引起电极之间漏电短路分缘有残边，残边在注塑时被冲开而跨接于这是器件的工艺缺陷，这种缺陷具有批次性的特征，该批器件在使用过程中失效率大，寿命短。
2：静电放电损伤失效图2 射频器件静电击穿照片（金相）图3 数字IC静电击穿照片SEM）分析说明：静电放电击穿典型的特征是能量小、线径小，飞狐、喷射。
主要发生在射频、能量释放时间短，其失效特征是击穿点微波器件，场效应器件、光电器件也常有静电放电击穿的案例。
案例3：外部引入异常电压引起通讯IC 输失效信息：分析说明：通讯芯片通讯端口上的传输线容易引入干扰电压（窄脉冲浪涌），干扰电压多次对通讯案例电流能力下降引起整机失效率异常增大某时起整机的市场维修率异常增大，维修增大是整机中的IGBT 功率器件失效引起的。
另外集成电路、出驱动失效通讯芯片在现场使用时发生失效，表现为通讯端口对地短路。
图4 通讯IC 输出管形貌（SEM ）图5 输出管电压击穿形貌（SEM ）IC 的通讯端内部电路起损伤作用，最终形成击穿通道。
4：功率器件失效信息：图6 IGBT 芯片呈现过电流失效特征图7 原来IGBT 的内部结构析说明：效样品表现为过电流失效。
整机维修率异常增大发生时更改IGBT 的型号。
IBGT 制造厂家给出新330W ，原来型号的IGBT 的功率指标为，其它指标没有变化。
两只芯片，多了一只反向释放二极管，两个型号的IGBT 芯片的面积一样大，显然，下降，因此，新型号的IGBT 的电流能分失型号的IGBT 的功率指标比为175W 但新型号的IGBT 内部结构（图6）仅有一只芯片，而原来型号的IGBT 有新型号的IGBT 的芯片要有部分面积来完成反向释放二极管的作用，由于IGBT 芯片有效面积的减小，导致其电流能力力不如原来型号的IGBT ，整机中IGBT 的工作电流比较临界，因此，使用过程中由于电流问题的发生大量失效。
电子元器件中的异常问题分析与解决方法
电子元器件中的异常问题分析与解决方法电子元器件是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于各种电子设备和系统中。
然而，在电子元器件制造和使用过程中，常常会出现各种异常问题，如焊接不良、静电击穿、氧化腐蚀等。
本文将从异常问题分析和解决方法两个方面介绍电子元器件中的一些常见异常问题和相应的解决方法。
一、异常问题分析1. 焊接不良焊接不良是电子元器件中常见的问题之一。
当焊接点接触不良或焊接质量不好时，会导致元器件性能下降或失效。
焊接不良的原因主要有以下几种：(1) 焊接温度不足，导致焊接点未能完全熔化和结合。
(2) 焊接时间太短，导致焊接点没有充分熔化和结合。
(3) 焊接点表面不干净，存在氧化物或污垢等，导致焊接不牢固。
(4) 焊接点设计不合理，焊接面积太小或焊接位置不当，容易出现焊接不良。
2. 静电击穿静电击穿是指电子元器件因受到静电场的影响而导致烧毁或失效的现象。
在现代电子制造过程中，静电击穿已成为电子元器件的重要故障之一。
静电击穿的原因主要有以下几种：(1) 电场强度过大，导致电子元器件内部断裂或击穿。
(2) 静电电荷在元器件表面聚集，导致表面受到静电击穿。
(3) 经过高速移动的物体会带电，当物体与元器件接触时，会将静电荷传递到元器件上，造成静电击穿。
3. 氧化腐蚀氧化腐蚀是电子元器件中的另一个常见问题。
当元器件表面被氧化或腐蚀时，会导致元器件性能下降或失效。
氧化腐蚀的原因主要有以下几种：(1) 暴露在潮湿环境中的元器件容易受到氧化腐蚀的影响。
(2) 暴露在酸性或碱性环境中的元器件容易受到化学腐蚀的影响。
(3) 元器件表面存在污垢或化学物质，容易引起氧化腐蚀。
二、解决方法1. 焊接不良的解决方法(1) 控制焊接温度，保证焊接点充分熔化和结合。
(2) 延长焊接时间，使焊接点有足够的时间熔化和结合。
(3) 在焊接前清洗焊接点表面，去除污垢和氧化物。
(4) 设计合理的焊接点，保证焊接面积充足且位置合理。
2. 静电击穿的解决方法(1) 安装静电保护设备，防止静电对元器件造成损害。
失效分析(FA)介绍
FA设备－电性能分析设备
FA设备－形貌观察分析设备
¾目的
过程失效部位的位置特征，形貌变化
特征，求证失效形貌变化过程及其产生 原因。
¾主要设备
o 光学立体显微镜 o 金相显微镜 o 扫描电子显微镜
o X－RAY o 声学扫描显微镜 o 原子粒显微镜
FA设备－形貌分析设备
金相显 微镜
SEM
பைடு நூலகம்
立体显 微镜
１３９２６２０８４６５ 莫工
16
500000
400000
300000
200000 100000
13
Cl
25
35
0
0
50
SIMS分析图谱
062305BB.TDC - Ions 50祄 1510003 cts 1033B point 2
1033B sample
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裁决
保险 赔偿裁决
偶然失效 批次失效
元器 件缺 陷失 效
FA
使用
结果
不当
失效
安装缺陷 互连缺陷 静电损伤 化学污染
工艺 缺陷
材料微观结构缺陷 元器件结构缺陷 元器件工艺缺陷 材料及工艺化学污染 元器件设计缺陷
FA设备－成份分析设备
内部气氛 分析仪
DEX
FA设备－专项分析设备