集成电路输出异常失效分析案例
Ag迁移致集成电路输出异常失效分析
1.案例背景
某功能模块在用户端出现功能失效，经返厂检修，发现该模块上的一片IC输出异常，经更换IC 后，功能模块恢复正常。
2.分析方法简述
对样品进行外观观察，未发现明显异常。
无损检测，未发现明显异常。
X-RAY经
内部存在分层现象。
扫描发现了ICC-SAM通过
样品C-SAM图片5.NG图
通过IV曲线测试，发现引脚间存在漏电通道。
曲线图6.NG样品IV图
SEM/EDS进行分析，确认了引脚间存在银迁移问题。
后，利用DE-CAP
(Wt%)测试结果EDS样品内部NG开封后的1.
表．
3.结论内部存在分层，由于水汽的入侵，加上集成电路各引脚之间存在电位差，导致了引IC IC 输出异常。
脚间的银迁移，从而在引脚间形成微导通电路，致
参考标准4.。
微电子器件失效分析程序-方法5003GJB 548B-2005
手动微切片法。
IPC-TM-650 2.1.1-2004 电子探针和扫描电镜GB/T 17359-2012 X射线能谱定量分析通则。
简介CMA资质认证的第三方检测机构，提供检测服务CNAS美信检测是一家具有和
显微结构分析●表面元素分析形貌观察与测量●●表面异物分析●焊接工艺评定●热学性能测试●力学性能测试●成分分析●
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伴音集成电路an355音量失控故障的检修
伴音集成电路an355音量失控故障的检修一、引言伴音集成电路（Audio Network）是一种可以集成在设备中的电路，用于控制音频的输入、输出和处理。
AN355是伴音集成电路中一款常见的型号。
然而，AN355在使用过程中可能出现音量失控的故障，导致音频输出异常。
本文将详细探讨伴音集成电路AN355音量失控故障的检修方法。
二、AN355音量失控故障的原因分析AN355音量失控故障的原因可能有多种，下面是一些常见的原因分析：1. 电源问题•电源电压异常波动导致AN355无法正常工作。
•电源线松动或接触不良导致电源供应不稳定。
2. 控制信号异常•控制信号线松动或接触不良导致控制信号传输错误。
•控制信号输入端输入错误的信号导致AN355无法正常工作。
3. 芯片故障•AN355芯片损坏或老化导致音量失控。
三、AN355音量失控故障的检修步骤为了解决AN355音量失控故障，我们可以按照以下步骤进行检修：1. 确定问题范围首先，我们需要确认音量失控的具体情况，包括哪些功能失效、表现出的异常现象等。
这可以帮助我们缩小问题范围和定位故障点。
2. 检查电源供应接下来，我们需要检查AN355的电源供应情况。
确保电源电压稳定，在规定范围内。
检查电源线连接是否良好，没有松动或接触不良的情况。
3. 检查控制信号线然后，我们需要仔细检查AN355的控制信号线连接情况。
确保控制信号线没有松动或接触不良。
可以使用万用表等工具测量控制信号线的电阻，确保信号传输正常。
4. 检查控制信号输入接着，我们需要检查AN355的控制信号输入是否正确。
确保输入的控制信号是正确的，没有错误的输入信号导致AN355无法正常工作。
可以使用示波器等工具观察控制信号波形。
5. 测试替换AN355芯片如果以上步骤都没有解决问题，我们可以考虑测试替换AN355芯片。
将故障的芯片替换为一个正常工作的芯片，然后测试音量是否恢复正常。
如果替换芯片后音量正常，说明原芯片可能存在问题。
ESD引起集成电路损坏原理模式及实例
ESD引起集成电路损坏原理模式及实例一.ESD引起集成电路损伤的三种途径(1)人体活动引起的摩擦起电是重要的静电来源，带静电的操作者与器件接触并通过器件放电。
(2)器件与用绝缘材料制作的包装袋、传递盒和传送带等摩擦，使器件本身带静电，它与人体或地接触时发生的静电放电。
(3)当器件处在很强的静电场中时，因静电感应在器件内部的芯片上将感应出很高的电位差，从而引起芯片内部薄氧化层的击穿。
或者某一管脚与地相碰也会发生静电放电。
根据上述三种ESD的损伤途径，建立了三种ESD损伤模型：人体带电模型、器件带电模型和场感应模型。
其中人体模型是主要的。
二.ESD损伤的失效模式(1)双极型数字电路a.输入端漏电流增加b.参数退化c.失去功能，其中对带有肖特基管的STTL和LSTTL电路更为敏感。
(2)双极型线性电路a.输入失调电压增大b.输入失调电流增大c.MOS电容(补偿电容)漏电或短路d.失去功能(3)MOS集成电路a.输入端漏电流增大b.输出端漏电流增大c.静态功耗电流增大d.失去功能(4)双极型单稳电路和振荡器电路a.单稳电路的单稳时间发生变化b.振荡器的振荡频率发生变化c.R.C连接端对地出现反向漏电。
三.ESD对集成电路的损坏形式a.MOS电路输入端保护电路的二极管出现反向漏电流增大b.输入端MOS管发生栅穿c.MOS电路输入保护电路中的保护电阻或接触孔发生烧毁d.引起ROM电路或PAL电路中的熔断丝熔断e.集成电路内部的MOS电容器发生栅穿f.运算放大器输入端(对管)小电流放大系数减小g.集成电路内部的精密电阻的阻值发生漂移h.与外接端子相连的铝条被熔断i.引起多层布线间的介质击穿(例如：输入端铝条与n+、间的介质击穿)四.ESD损伤机理(1)电压型损伤a.栅氧化层击穿(MOS电路输入端、MOS电容)b.气体电弧放电引起的损坏(芯片上键合根部、金属化条的最窄间距处、声表面波器件的梳状电极条间)c.输入端多晶硅电阻与铝金属化条间的介质击穿d.输入/输出端n+扩区与铝金属化条间的介质击穿。
工业生产中集成电路失效分析案例解析
工业生产中集成电路失效分析案例解析集成电路是现代工业生产和科学技术发展中不可或缺的重要组成部分。
然而，在工业生产中，集成电路也会出现失效的情况，导致设备或系统无法正常运作。
因此，准确分析集成电路失效原因并采取相应措施，对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。
本文将以工业企业的一个集成电路失效案例为例，对其进行深入分析和解析。
该企业是一家生产汽车电子产品的制造商，生产过程中涉及到大量的集成电路的使用。
在近期的一批产品中，部分设备出现了集成电路失效的问题，导致产品无法正常工作。
为了解决这个问题，企业决定对集成电路失效进行深入的分析。
首先，企业收集了全部失效的集成电路，并对其进行了外观检查和物理性能测量。
通过外观检查，发现集成电路表面没有明显的损坏或异常现象。
物理性能测量结果也显示集成电路各项指标都在正常范围内，不存在明显的异常。
接下来，为了更深入地了解集成电路失效原因，企业利用扫描电镜和热释电分析等先进的仪器设备，对集成电路进行了微观结构和热性能的测试。
扫描电镜观察结果显示，部分集成电路的金属引脚与封装材料之间存在微小的氧化物层，导致引脚与封装材料之间的接触不良。
热释电分析结果显示，部分集成电路在高温工作环境下会出现局部温度过高现象。
进一步分析发现，集成电路失效与生产过程中的工艺控制不当相关。
由于生产线上环境温度较高，使得集成电路在使用过程中温度升高过快，超过了集成电路的额定工作温度。
这导致集成电路内部各个部件的热膨胀系数差异较大，引起内部应力集中，并最终造成金属引脚与封装材料之间的接触不良。
基于以上分析结果，企业采取了以下措施来解决集成电路失效问题。
首先，优化生产线上的温度控制系统，保证集成电路在额定工作温度范围内工作。
其次，优化集成电路的设计和封装工艺，减小热膨胀系数差异，降低内部应力集中的风险。
此外，企业还增加了集成电路的测试和筛选环节，提高产品质量的可控性。
通过以上措施的实施，企业成功地解决了集成电路失效问题，并提高了产品的性能和可靠性。
用激光对集成电路进行失效分析
用激光对集成电路进行失效分析2005/4/12/11:0来源：中国激光网用于修整集成电路的低功率Nd:YAG激光器已成为半导体工业中的一个普通工具。
将Nd:YAG激光器装在分析接触的探测台上(见图1)，对新的和重新启用的集成电路进行失效分析，通过切割故障元件和其它线路之间金属连线，将故障元件隔离起来。
激光还用来去除线路上面的钝化层，为线路中金属连线、接点间的连接提供通道。
激光还可用来在含有绝缘体夹层和金属层在内的多层线路上打孔，允许为隐藏的线路通道制作电接触。
图1.安装在Micromanipulator的分析探测台（型号4060）上的激光切割机。
第一个装在探测台上、用于半导体失效分析的激光器是Alessi公司在20世纪90年代早期制造的。
采用单个波长(1064nm)脉冲激光器切割金属连线,优点非常明显，精度高，切缝清晰，比以前的超声波切割技术要好得多。
当亚微米线路技术出现的时候，超声波切割技术就很难再使用了。
激光器装在分析台上，并通过上面的显微镜聚焦。
在探测过程中，就可以对线路进行修整，从而使失效分析效率大大提高了。
该产品在当年被评为突破性产品。
Micromanipulator公司(Carson City, NV; )对这种激光切割机进行了进一步的改进，增加了Q-开关、光束衰减片，并改进了探测台上的显微镜样品架系统，使激光能更精确地对准目标。
Q-开关提高了功率的均匀性，能将强有力的短激光脉冲(10ns)打到被测样品上。
这样做，可将样品的熔化减到最少，切口更干净。
通过衰减光束来代替改变闪光灯的功率，使功率控制变得更加线性，重复性也提高了。
很容易理解：对准特性的改进受到了工业界的热烈欢迎。
此外，还对激光进行了倍频,让它能输出绿色(532nm)波长。
这可以去除更多的材料，包括钝化材料和夹层中的绝缘体材料。
后来，New Wave Research Inc. (Fremont, CA; )又将这种激光切割系统向前推进了一步，引入了一个可调节的矩形孔径，以进行矩形切割。
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/B2 商标：Intel3 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 0117011452 金相显微镜OPTIPHOT200 0117011203 图示仪TYPE576 B349533仪4 数字式示波器TDS3012 B0188575 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 0117011748 程控直流电源Agilent 6633B 6601057549 波形发生器AFG320 61010638710 电子扫描电镜（S E M）XL－30FEG 01170112211 串行编程器Superpro/580 7301039207 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；4）端口I－V 特性测试：使用静电放电测试系统剩下的样品进行I－V 端口扫描测试，发现：4＃样品的Pin3、Pin4、Pin5、Pin7 对地呈现明显的电阻特性，使用图示仪测试后测得Pin3 对地呈现约660Ω阻值、Pin4 与Pin5 对地呈现约300Ω阻值、Pin7 对地呈现约140Ω阻值，且在1＃与4＃样品的Pin31（___EA/Vpp）发现特性曲线异常，但并非每次都能出现；其他样品的管脚未发现明显异常；5）开封和内部分析：对1＃～5＃样品进行开封，内目检时发现：芯片的铝键合丝与键合台以外相邻的金属化层（有钝化层覆盖）存在跨接现象。
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。
电子元器件失效分析技术与案例
电子元器件失效分析技术与案例费庆学二站开始使用电子器件当时电子元器件的寿命20h.American from 1959 开始：1。
可靠性评价，预估产品寿命2。
可靠性增长。
不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。
通过恶裂环境的试验。
通过改进提高寿命。
―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例 b.可靠数学第一部分：电子元器件失效分析技术（方法）1．失效分析的基本的概念和一般程序。
A 定义：对电子元器件的失效的原因的诊断过程b.目的：0000000c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测的形式取得d．失效机理：失效的物理化学根源――》失效的原因1）开路的可能失效机理日本的失效机理分类：变形变质外来异物很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成正反向都不通为内部断开。
漏电和短路的可能的失效机理接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si 和al 互熔成为合金合金熔点更低）塑封器件烘烤效果好当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质失效机理环境应力：温度温度过低易使焊锡脆化而导致焊点脱落。
，2．失效机理的内容I失效模式与环境应力的关系任何产品都有一定的应力。
a当应力>强度就会失效如过电/静电：外加电压超过产品本身的额定值会失效b应力与时间应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生故：如何增强强度&减少应力能延长产品的寿命c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命特性随时间存在变化e机械应力如主板受热变形对零件的应力认为用力塑封的抗振动好应力好陶瓷的差。
f重复应力如：冷热冲击是很好的零件筛选方法重复应力易导致产品老化，存在不可靠性故使用其器件：不要过载；温湿度要适当II如何做失效分析例：一个EPROM在使用后不能读写1)先不要相信委托人的话，一定要复判。
2)快始失效分析：取NG&OK品，DataSheet，查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试）电源对地的待机电流下降开封发现电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电阻，电流减小。
TL431失效分析操作不当引起的重大隐患
TL431失效分析1、客户描述：输出电压低，不稳压，电压跳动；2、失效器件分析结果：芯片烧毁，引线阻性碳化；3、客户要求：提供维修后的样机一个，要求验证失效类型；4、样机描述：电源规格为28v1.5a产品，光耦PC817和TL431有拆焊痕迹，其中TL431虽然有拆焊过，但还是原来PCB板上的器件，经后续装机测试为正品，见右上角照片，批号为：009168060。
5、建立测试验证模型：输入电压220V-MAX60W，输出负载100Ω30W，示波器单通道观察输出电压波形，测量结果以照片形式提供；6、原理图：恕不提供，受保密条例限制。
7、备注：上图中的第四点描述错误，更正为：此时KA之间的电压为电源电压，光耦失电后前级不受控，典型表现为C点电压升高，因C点电压升高，TL431基准端电压上升，控制KA端最大导通状态，KA之间等效为短路状态，无法承受C点的高压大电流而瞬间烧毁；8、验证参考PCB板：见如下图片和标注点；9、验证过程：见图片和文字描述；【图片一】：正常输出波形，电压为直流28.2V。
【图片二】：当A点和B点瞬间短路后，输出为跳动间隔为2.1秒的脉冲5.32V；坏TL431；芯片解剖图：KA严重烧毁，引线轻微碳化—功率输出三极管损毁【图片三】：当D点和E点瞬间短路后，输出为跳动间隔为2.1秒的脉冲6.32V；坏TL431；芯片解剖图：--RA严重烧毁—【图片四】：当D点和C点瞬间短路后，输出为跳动间隔为5秒的脉冲40.0V，坏光耦；芯片解剖图：--芯片正常，产品参数正常—10、验证结果：数字表测量全部表现为输出电压低，不稳压，电压跳动；1.当A点和B点瞬间短路后，输出为跳动间隔为2.1秒的脉冲5.32V；损坏TL431；2.当D点和E点瞬间短路后，输出为跳动间隔为2.1秒的脉冲6.32V；损坏TL431；3.当D点和C点瞬间短路后，输出为跳动间隔为5秒的脉冲40.0V，损坏光耦；以上验证与客户整机不良现象一致，故不再测试其他标注点瞬间短路情况。
2-_失效分析案例2
爆米花效应引起塑封器件 内引线开路
4
MOS输入保护电路静电放电损伤
高温试验后引线键合失效
输入保护二极管烧毁
二极管保护电路漏电烧毁
二极管保护电路漏电烧毁
树脂暴裂拉断金丝，双基极二 极管BT33EJ开路
装机前进行过
-40℃～85℃高低温循 环和冲击 , 树脂内涂 料在温度和机械应力 下产生裂纹，拉断金 丝引线使二极管开路 失效
5
内涂胶裂纹拉断发射极引线
开关管高 低温试验和振 动试验后开路
三端稳压器失效
化学开封 后发现，输入 电源电压过 高，芯片表面 输入端引线键 合点周边金属 化连线烧毁
时钟电路静电放电损伤
瞬变电压引起的器件内部互联 线间击穿短路
去除芯片表面钝化层、金属化层后，SEM观察发现有微小击穿点
金属化铝－硅接触窗过合金
开关二极管 芯片粘接不良
电极分离面光滑且严重氧化 分离界面焊料光滑
6
芯片破裂三极管参数漂移
封装和键合应 力造成三极管芯 片破裂
基极键合区
封装和键合应力造成塑封三极管 芯片破裂
基极键合 区损伤 和芯 片裂纹
三态缓冲器 244F性能不稳定
整机做55℃高温环境 试验时，整机工作不 正常，表现为所驱动 总线的时序出现异 常，用相同厂家和型 号的另一电路更换 后，整机工作恢复正 常。 水汽含量 好品1266ppM 失效品6724ppM
时间：2分钟
过电证据：下层金属严重损伤
49％ HF 1.5 分钟
结论
• 与静电放电（ESD）相比，过电应力（EOS） 持续时间长，电流大
• 过热是EOS的主要特点 • 电－热共同引起：金属电迁移、金－铝键合点
形成金－铝化合物 • 热－机械应力引起：塑封器件的塑封材料和管
集成电路失效机理分析及其PHM技术实现
集成电路失效机理分析及其PHM技术实现杨德才【摘要】With the feature size of ICs (integrated circuits) scaling down and the integration density increasing up, their reliability problems become more and more severe. Implementation of PHM (prognostics and health management) to ICs based on physics of failure is to prevent catastrophes from occurring. In the paper, the failure mechanism of IC is introduced at first. Then method of prognostic cell to semiconductor-level PHM is illustrated with some cases. Finally, the precursor circuit to EM (electro-migration) is presented and validated to show the efficiency of the proposed PHM scheme.%集成电路的可靠性问题随着制造工艺尺寸的缩小与集成度的增加而变得越来越重要，开展针对集成电路的失效物理为基础的故障预测与健康管理技术，用于预测和评估集成电路产品在实际环境中的可靠性，已成为当今研究的热点。
通过阐述集成电路的失效机理，介绍了集成电路目前故障预测与健康管理的基本方法。
针对关键失效机理的基于预警单元法的PHM技术方案，提出了对电迁移失效的监控原理、监控方法，通过设计电迁移预警电路，验证了该PHM 技术的可行性。