(优选)应用总结电子元器件失效分析

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电子元器件失效分析技术及方法

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｉｆｅｌｄｓ，ａｎｄｈｉｇｈｅｒｑｕａｌｉｔｙｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｅｌｅｃபைடு நூலகம்ｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｉｓｅｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｎｄｓｈｉｎｒｋｉｎｇｏｆｐｒｏｃｅｓｓｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ，ｔｈｅｄｉｉｃｆｕｌｔｉｅｓｆａｃｅｄｂｙｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓａｒｅ

元器件失效分析工作总结

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电子元器件失效分析技术

电子元器件失效分析技术摘要：在当前市场竞争的刺激下，电子产品趋向小型化、智能化，市场对产品质量的要求越来越高。

电子产品的质量和可靠性密不可分，可靠性研究对保证和提高电子产品的质量非常重要，因此对失效分析的要求也越来越高。

产品失效分析的目的不仅仅是判断失效的性质和原因，更重要的是找到一种有效的方法来主动防止重复失效。

电子元器件的失效分析要模式准确、原因清晰、机理明确、措施有效、模拟再现、外推。

关键词;电子元器件；技术发展；失效分析;在科技时代下，电子技术得以被应用于各个领域，尤其是集成电路的应用范围更是不断扩大，集成电路能否可靠的运行，对电子产品的功能发挥有着至关重要的影响，而为了保证集成电路的运行可靠性，就必须要开展必要的电子元器件失效分析。

一、电子元器件失效分析原则与基本程序1.电子元器件失效分析原则。

电子元器件失效分析一般是基于非破坏性检查所开展的分析活动，具有逐层化特征。

对于电子元器件来说，若失效根源无法通过非破坏性检查进行确定，则需要进一步探究失效根源。

失效分析的整个过程是获得信息的关键环节，为保证电子元器件失效分析合理，降低失效原因遗漏概率，在失效分析过程中必须遵循相关原则：第一，遵循“先制订方案、后进行操作”的原则，在外检后才能进行通电检查；第二，在加电测试过程中，遵循电流“先弱后强”的原则，失效分析应先从外部开始，后进入内部，起初保持静态，之后不断转变为动态化；第三，失效分析应遵循“先宏观、后微观”的原则，要先从普遍化角度开展失效分析，之后再从特殊化角度展开分析。

另外，还要明确失效分析的主次顺序，一般先对主要问题开展失效分析，必要情况下开展破坏性检测。

2.电子元器件失效分析基本程序。

首先，要对失效现象加以确认，做好失效样品制备及保存工作；其次，在对电子元器件进行外部检查和电性分析之后，分析其内部结构并开展可靠性测试，必要时可开展电路评价，之后开封并剥层；最后，对失效点进行准确定位，通过物理分析确定电子元器件失效机理，进而针对失效机理采取有效的纠正措施。

电子元器件失效分析

电子元器件失效分析一般的仪器都会一点点的误测率，但既然有五道测试，基本可以消退这种误测，否则就说明你的仪器实在太烂啦！然后就是自动选择机的问题，有没有误动作的可能性，最好找一个比较大的不良品样本，对机器进行测试。

假如上面两项都没有问题，那说明运输和贮存可能初相了问题，当然半导体器件受环境因素的影响是比较小的。

最终就有可能是客户和你们的仪器有肯定差距，从而造成这种状况。

当然还有一种状况，就是本身半导体器件质量有问题，漏电测试是反向加电压，可能就是在测试的过程中器件被击穿的。

目的对电子元器件的失效分析技术进行讨论并加以总结。

方法通过对电信器类、电阻器类等电子元器件的失效缘由、失效机理等故障现象进行分析。

结论电子元器件的质量与牢靠性保证体系一个重要组成部分是失效分析，对电子元器件进行失效分析，才能准时了解电子元器件的问题所在，才能为设备及系统的正常工作带来牢靠保障。

进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术，电子元器件则是电子信息技术进展的前提。

为了促进电子信息技术的进一步进展，就要提高电子元器件的牢靠性，所以就必需了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。

1.失效的含义失效是指电子元器件消失的故障。

各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的简单程度就较高；反之，则低。

一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丢失。

2.失效的分类依据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法。

以失效缘由为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。

以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。

以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。

以失效后果的严峻程度为标准：主要分为轻度失效、严峻失效以及致命失效。

除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。

3.失效的机理电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致缘由作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。

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。

常见电子元器件失效机理与故障分析电子元器件

常见电子元器件失效机理与故障分析 - 电子元器件电子元器件在使用过程中，经常会消灭失效和故障，从而影响设备的正常工作。

文本分析了常见元器件的失效缘由和常见故障。

电子设备中绝大部分故障最终都是由于电子元器件故障引起的。

假如生疏了元器件的故障类型，有时通过直觉就可快速的找出故障元件，有时只要通过简洁的电阻、电压测量即可找出故障。

1、电阻器类电阻器类元件包括电阻元件和可变电阻元件，固定电阻通常称为电阻，可变电阻通常称为电位器。

电阻器类元件在电子设备中使用的数量很大，并且是一种消耗功率的元件，由电阻器失效导致电子设备故障的比率比较高，据统计约占15% 。

电阻器的失效模式和缘由与产品的结构、工艺特点、使用条件等有亲密关系。

电阻器失效可分为两大类，即致命失效和参数漂移失效。

现场使用统计表明，电阻器失效的85%~90% 属于致命失效，如断路、机械损伤、接触损坏、短路、绝缘、击穿等，只有1 0 % 左右的是由阻值漂移导致失效。

电阻器电位器失效机理视类型不同而不同。

非线形电阻器和电位器主要失效模式为开路、阻值漂移、引线机械损伤和接触损坏；线绕电阻器和电位器主要失效模式为开路、引线机械损伤和接触损坏。

主要有以下四类：（1 ）碳膜电阻器。

引线断裂、基体缺陷、膜层均匀性差、膜层刻槽缺陷、膜材料与引线端接触不良、膜与基体污染等。

（ 2 ）金属膜电阻器。

电阻膜不均匀、电阻膜裂开、引线不牢、电阻膜分解、银迁移、电阻膜氧化物还原、静电荷作用、引线断裂、电晕放电等。

（3 ）线绕电阻器。

接触不良、电流腐蚀、引线不牢、线材绝缘不好、焊点熔解等。

（4 ）可变电阻器。

接触不良、焊接不良、接触簧片裂开或引线脱落、杂质污染、环氧胶不好、轴倾斜等。

电阻简洁产生变质和开路故障。

电阻变质后往往是阻值变大的漂移。

电阻一般不进行修理，而直接更换新电阻。

线绕电阻当电阻丝烧断时，某些状况下可将烧断处理重新焊接后使用。

电阻变质多是由于散热不良，过分潮湿或制造时产生缺陷等缘由造成的，而烧坏则是因电路不正常，如短路、过载等缘由所引起。

各类元器件失效机理分析总结

各类元器件失效机理分析总结电子元器件在使用过程中，常常会出现失效和故障，从而影响设备的正常工作。

为了保证设备或系统能可靠的工作，对于电子元器件的可靠性要求就非常高。

可靠性指标已经成为元器件的重要质量指标之一。

了解了元器件的失效模式和失效机理，对于诊断设备故障和保持设备的可靠性是十分重要的，下文简单介绍各种元器件的失效机理。

1、电阻器常见的非绕线电阻器按照电阻体所用的材料不同可以分为四种类型即合金型、薄膜型、厚膜型和合成型。

对于固定电阻器，其主要失效模式有开路、电参数漂移等；而对于电位器，其主要失效模式有开路、电参数漂移、噪声增大等。

使用环境也将导致电阻器老化，对于电子pcba的寿命具有很大影响。

1）氧化：电阻器电阻体的氧化将使电阻值增大，是造成电阻器老化的最主要因素。

除了贵金属及合金制成的电阻体外，其他材料都会受到空气中氧的破坏。

氧化作用是长期作用的，当其他因素的影响逐渐减弱后，氧化作用将成为主要因素，高温高湿环境会加速电阻器的氧化。

对于精密电阻器和高阻值电阻器，防止氧化的根本措施是密封保护。

小编建议密封材料应采用无机材料，如金属、陶瓷、玻璃等。

有机保护层不能完全防止透湿和透气，对氧化和吸附作用只能起到延缓作用。

2）黏结剂的老化：对于有机合成型电阻器，有机黏结剂的老化是影响电阻器稳定性的主要因素，有机黏结剂主要是合成树脂，PCBA加工企业在电阻器的制造过程中，合成树脂经热处理转变为高聚合度的热固性聚合物。

引起聚合物老化的主要因素是氧化。

氧化生成的游离基引起聚合物分子键的铰链，从而使聚合物进一步固化、变脆，进而丧失弹性和发生机械破坏。

黏结剂的固化使电阻器体积收缩，导电颗粒之间的接触压力增大，接触电阻变小，使电阻值减小，但黏结剂的机械破坏也会使电阻值增大。

通常黏结剂的固化发生在前，机械破坏发生在后，所以有机合成型电阻器的电阻值呈现出以下规律：在开始阶段有些下降，然后转为增大，且有不断增大的趋势。

由于聚合物的老化与温度、光照密切相关，所以在高温环境和强烈光线照射下，合成电阻器会加速老化。

电子元器件的故障分析和故障排除技术

电子元器件的故障分析和故障排除技术随着现代科技的迅猛发展，电子元器件在我们的日常生活中扮演着重要的角色。

然而，由于各种原因，电子元器件有时会出现故障，导致设备无法正常运行。

本文将介绍电子元器件的故障分析和故障排除技术，以帮助我们更好地理解和解决这些问题。

I. 故障分析的基本原则在进行故障分析之前，我们需要了解故障分析的基本原则。

首先，要准确判断故障现象，通过观察和测试来确定问题的具体表现。

其次，要理解电子元器件的工作原理和结构特点，找出可能导致故障的原因。

最后，要采取适当的方法进行故障分析，包括实验、模拟、仿真和数据分析等。

II. 故障分类与原因分析电子元器件的故障可以大致分为硬件故障和软件故障两类。

硬件故障是由于元器件的物理损坏或连接断开导致的，而软件故障则是由于程序错误或操作系统问题引起的。

在故障分析中，我们需要根据实际情况分析故障的具体原因。

1. 硬件故障分析硬件故障分析涉及到电子元器件的物理特性和工作原理。

在进行硬件故障分析时，我们可以使用各种测试仪器和设备来帮助我们定位问题。

例如，使用万用表测量电阻和电流，使用示波器观察信号波形，使用逻辑分析仪分析数字信号等。

通过综合分析测试结果，我们可以确定故障的具体原因，如元器件损坏、连接不良、电源问题等。

2. 软件故障分析软件故障分析主要依靠对程序代码的检查和分析。

在进行软件故障分析时，我们可以使用调试工具和软件分析器来帮助我们跟踪程序执行过程和检测错误。

通过逐步追踪代码执行路径，我们可以定位问题所在，如逻辑错误、算法问题、内存溢出等。

此外，还可以通过记录日志和分析异常报告来了解软件故障的具体情况。

III. 故障排除技术故障排除技术是解决电子元器件故障的关键步骤。

在进行故障排除时，我们应注意以下几个方面。

1. 确保电源供应正常因为电子元器件通常需要电源供电，所以首先要确保电源供应正常。

我们需要检查电源线路连接是否良好，电源电压是否稳定。

如果发现电源故障，应及时修复或更换。

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失效分析的主要内容
2.5、提出预防措施及设计改进方法根据分析判断、提出消除产生失效的办法和建议，及时地反馈到设计、工艺、使用单位等各个方面，以便控制乃至完全消除失效的主要失效模式的出现。这需要失效工程师与可靠性、工艺、设计和测试工程师一起协作，发挥团队力量，根据失效分析结果，提出防止产生失效的设想和建议，包括材料、工艺、电路设计、结构设计、筛选方法和条件、使用方法和条件、质量控制和管理等方面。
氧化层电荷、钠离子玷污、表面离子、芯片裂纹、过载流子（HC）、辐射损伤
EOS、ESD、Latch-Up
失效模式与失效机理
各相关失效机理的概念和定义简述如下： 3.1、过电应力EOS——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。过电应力的来源：
（1）电浪涌损伤瞬间瞬时功率很大
电浪涌来源有
（优选）应用总结电子元器件失效分析
内部资料
无锡华润矽科微电子有限公司
失效分析的主要内容
二、失效分析的主要内容-思路
2.1、明确分析对象明确分析对象及失效发生的背景。在对委托方提交的失效样品进行具体的失效分析操作之前，失效分析人员应该和委托方进行沟通，了解失效发生时的状况，确定在设计、生产、检测、储存、传送或使用哪个阶段发生的失效，如有可能要求委托方详细描述失效发生时的现象以及失效发生前后的操作过程。
当更改定时元件R.C后，参数可以恢复正常，但这种“恢复正常”的电路，工作一段时间后又会出现上述的参数漂移现象。
失效模式与失效机理
（5）CMOS电路发生可控硅效应(闩锁效应) CMOS电路的静态功耗极小，但可控硅效应被触发后功耗会变得很大
(50～200毫安)，并导致电路发生烧毁失效。CMOS电路的硅芯片内部，在 VDD与VSS之间有大量寄生可控硅存在，并且所有输出端和输入端都是它的触发端，在正常条件下工作，由于输入和输出电压满足下式要求： VDD>Vout>Vss VDD>Vin>Vss。
2.2、确定失效模式失效的表面现象或失效的表现形式就是失效模式。失效模式的确定通常采用两种方法，即电学测试和显微镜观察。立体显微镜观察失效样品的外观标志是否完整，是否存在机械损伤，是否有腐蚀痕迹等；金相显微镜和扫描电子显微镜等设备观察失效部位的形状、大小、位置、颜色，机械和物理特性等，准确的扫描失效特征模式。电学测试判断其电参数是否与原始数据相符，分析失效现象可能与失效样品中的哪一部分有关。
，或者在仪器设备上更换元器件以及修补焊点等，都会带来电损伤。最容易被损伤的集成电路有：带有MOS电容的集成电路、MOS电路、微波集成电路、STTL•和LSTTL电路、单稳电路和振荡器、A/D和D/A电路、高精度运算放大器、LSI和VLSI电路。其中单稳电路和振荡器在调试时发生的这种电损伤很不容易发现，因为损伤的表现形式往往是表现为单稳电路的脉冲宽度发生漂移；振荡器的振荡频率发生漂移，调试人员往往把这种现象错误地认为是没有将电路调试好。
失效模式与失效机理
（3）多余金属物引起短路管脚浸锡时在管脚根部残留的焊锡碴或者是印制板上留下的多余锡
碴、导线头、细金属丝、金属屑等可动多余物，容易引起集成电路输出对电源或对地短路，这种短路引起的过大电流会损伤集成电路。
失效模式与失效机理
（4）电烙铁或仪器设备漏电引起的电损伤集成电路或晶体管的引出端与漏电的电烙铁、仪器或设备机壳相碰
自激振荡。 6-2 CMOS电路输入缓慢变化的脉冲时容易引起振荡。输入缓慢变化
三、失效模式与失效机理失效模式与失效机理的对应关系
失效模式与失效机理
失效模式
开路
主要失效机理
EOS、ESD、电迁移（EM）、应力迁移（SM）、腐蚀、键合点脱落、紫斑、机械应力、热变应力
短路（漏电）参漂功能失效
pn结缺陷、pn结穿钉、EOS、介质击穿（TDDB效应、针孔缺陷）、水汽、金属迁移、界面态、离子导电
2-2 T0-5型金属管壳封装的集成电路，电测试时容易出现管脚插错或管脚间相碰短路。这种意外情况有时也会导致集成电路内部某些元器件的电损伤。
2-3 电路调试时，不慎出现“试笔头”桥接短路管脚，这种短接有时会造成电损伤。
2-4 在电子设备中设置的“检测点”，如果位置设置不当又无保护电路时，维修时就可能将不正常的电压引入该端而损伤器件。
失效分析的主要内容
2.3、判断失效原因失效可能由一系列的原因造成，如设计缺陷、材料质量问题、制造过程问题、运输或储藏条件不当、在操作时的过载等，而大多数的失效包括一系列串行发生的事件。
2.4、研究失效机理在确定失效机理时，需要选用有关的分析、试验和观测设备对失效样品进行仔细分析，验证失效原因的判断是否属实，并且能把整个失效的顺序与原始的症状对照起来，有时需要用合格的同种元器件进行类似的破坏性试验，观察是否产生相似的失效现象，通过反复验证（模拟实验），确定真实的失效原因，以电子元器件失效机理的相关理论为指导，对失效模式、失效原因进行理论推理，并结合材料性质、有关设计和工艺的理论及经验，提出在可能的失效条件下导致该失效模式产生的内在原因或具体物理化学过程，如有可能，更应以分子、原子学观点加以阐明或解释。
失效模式与失效机理
（2）操作失误造成的电损伤 2-1 双列直插式封装的集成电路当测试时不慎反插，往往就会造成电
源和地两端插反，其结果是集成电路电源与地之间存在的PN结隔离二极管就会处于正偏(正常情况是反偏)，出现近100毫安的正向电流，这种电过应力损伤随着通电时间的增长而更加严重。这种损伤如果不太严重，虽然电路功能正常，只表现出静态功耗增大，但这种受过损伤的电路，可靠性已严重下降，如果上机使用，就会给机器造成隐患。
所以正常工作条件下CMOS电路不会发生可控硅效应。但在某些特殊情况下，上述条件就会不满足，凡是出现以下情况之一，可控硅效应(闩锁)就可能发生，发生闩锁的CMOS电路如果无限流保护就会被烧毁。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
失效模式与失效机理
（6）CMOS电路振荡引起功率过荷 6-1 当CMOS电路的任何一个输入端发生浮空时，CMOS电路都会发生