电子元器件失效分析技术与案例

烟硝酸＝1：2，温度60度，两分钟可适度腐蚀炭化塑封材料。或 49％HF，1.5分钟可完全清除，但也会去除金属。剩下的为Si。可见Si也 有损伤。可见是过电应力的损伤。过热是EOS的主要损伤。 结论见 案例分析之P3。
―>降温使用,使用标称温度（85 105 125度－1000h）高的电容；经常通电。
度法则――温度每升高10度，寿命缩短目前的一半。反之加倍。
电容――易被过电烧毁。 电路串联电阻（每V，3欧姆）美军标。
层陶瓷电容（多层使电容大）――
外因：再流焊使PCB变形，引起，而导致漏电流增大。 内因：银迁移引起边缘漏电和介质内部漏电――杂质，受潮－电解反
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图示仪 DVT
100PF （5V－4。5V）/5V＝10％ 。先打到A充电，，再打回B放电，模拟人放电。DVT为被测 设备。
打静电不能作为筛选，筛选为所有产品的测试。打静电只是 部分的测试，而且静电会导致产品的老化，有不可靠性。 案例：
●打开封装 聚焦离子束技术―――物理作用：抛切，修改电路（可在芯片
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
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 根据失效发生的时期：早期，随机（如维修过程中导致），磨 损
具体见文档：其中：随即失效的突发性可为静电，瞬间大电 流即过电
电测并确定失效模式――非正式测试 用得最多的为连接测试：用万用表测量各管脚
热压焊：焊接温度300度。时间控制不当，导致的 科可德可空洞（金铝互相扩散，应铝扩散快于金，故 产生BondingPad的铝流向金键，而产生空洞），从而 导致：导电性差，易脱落。 超声焊(通过振动实现)
受潮也会导致引线键合失效。应受潮铝被腐蚀，使 铝与Si脱落 b) 水汽和离子沾污的失效分析和方法 表面&内部受潮：烘烤或开封清洗
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。 原因：闩锁效应 应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验－>测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好，至少要大于datasheet或 近似良品的值在标准范围内的。看维持电压（第二个拐点的电 压），若大于标准值，则很难回到原值。若多片良品抽测都OK， 说明使用者使用不当导致。 改善措施：改善供电，加保护电路。
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：0000000 c．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
应， 继电器
问题：触点飞弧放电粘结 键合点外围回路有线圈，线圈产生大的电动势时，且当键间有水
气，会发生触点飞弧放电，而粘结。
连接器 卡合；被氧化
电路板 离子迁移 最易发生的是两条线间的短路。当线间有水份和杂质，通电后就使
离子通电，短路。――可取短路物质的成份（能谱分析：E＝h.1/ λ=hL）溴能加速离子的运动，存在于助焊济中。
零件分析： 外观：是否颜色变深，变深则很可能为EOS 反射式扫描声学显微象：被烧的会被炭化。有阴影的为炭化。 腐蚀开封：被炭化的塑封部分是无法的腐蚀。 X－Ray看键合点：看是否有断裂（受热和机械应力）过电引起金属
热电迁移&金铝化合（非键合点不能有金，有金则说明有过热） 另：静电试验不会有过热，不会有炭化。而EOS有。浓硫酸：发
III失效分析技术的延伸 失效分析的关键是打开样品
进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨别尺寸
的大小），受应力越小。版本过新的产品也有可能存在可靠性问 题。可能存在设计的问题。 良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径
破坏性物理分析（DPA）：失效前的物理分析 VI失效分析的一般程序 ●收集失效现场数据：
N P
Si片上加SiO2 ，在其上挖洞 反之，端口电流增大，有短路
●非破坏检查――如X-Ray，反射式扫描声学显微镜
●模拟失效分析技术―――历史重演 定义：通过比较模拟试验引起的失效现象与现场失效现象，确定能够
失效原因的技术。 种类：高温储存，潮热，高低温循环，静电放电，过电试验，门 闩试验等。
绝缘体间摩擦会产生静电，人带静电没有接地相当于带电绝 缘体。当接近零件时，放电。
高温储存&反偏试验 看是否存在可恢复来判断 c) EOS 过流引起热 烧坏线路――一般为大面积的烧毁 漏电――内部缺陷or 大电流――穿钉现象 金属热电迁移 d) ESD e) CMOS电路的闩锁效应――――保护电路同ESD保护电路 触发电流>产品本身敏感电流 触发电流越高越好 f) 金属电迁移 g) 金属电化学腐蚀
ISP（大规模可编程集成电路）端口过电应力损伤例： 不良：输出特性不随输入特性变化
（模拟的数据准确）万用表量正(看是否开)反向(是否漏 电&短路)电阻： 电源与地 正反向电阻 其他端子与地 正反向电阻 端子对电源 正反向电阻 例 R1------OL 完全开路 或 电流为0
R2------偏大 部分开路 或 电流偏小 R3------偏大 部分开路 或 电流偏小 OK-----0
第二部分 半导体器件失效机理分析方法和纠正措施 塑封失效机理 内因：封装NG，好的塑胶封装不应出现断层。
原因：a长期暴露潮湿环境，受热后，水气膨胀，而分层。――实 例：爆米花现象
b.机械应力－变形&压焊点脱落 c.漏电流变化或开路 对策：改善储存条件；
装配前烘烤； 控制工艺避免分层：
控制电路板焊接工艺； a) 引线键合失效 键合有：
上直接修改芯片） 用途见教材P14。
●镜检 通电并进行失效定位（查找发光部位－漏电部位（电流大）：用 光反射放大镜――正常发光）
●对失效部位进行物理化学分析，确定失效机理 焊接失效： 焊接性 由 a浸润性（材料； 薄膜（水，氧化物，油）；角度 （<60度））
b合金化强度：焊接的时间和温度 c形变：自身形变&外力 芯片的钝化层为绝缘层 炭化的SiO2为可导电。 二次效应：ESD使俩极放电，。。。。。。。 ● 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施
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）
对策：避免热老化，控制温度和时间； 采用合金焊：芯片和底座两金属层间加合金， 金si合金即金中含20％Si，300度的熔点，此适 合小功率器件。较结实但易脆易断；
软焊（有缓冲，难断裂）； 软胶； 环氧树脂；
第三部分 电子元件失效机理，分析方法和纠正措施 电阻器――最容易发生的失效为：阻值增大；开路
a受潮，发生电腐蚀（金属原子－>金属离子）－》一端变窄，过 载，烧断。
纯水不会发生电解，掺有离子的水会发生电解反应 b.过电应力 电容
电解电容－用于电源滤波，一旦短路，后果严重。用于低频电 路。
容值大（频率越高，容值越小），寿命短；漏液使电容减 少；大电流烧坏电极而短路放电；电源反接产生大电流烧坏 电极，阴极氧化使绝缘膜增厚，导致电容下降；长期放置不 通电，阳极氧化膜不断脱落不能及时修补，漏电电流增大， 可加直流点一段时间使之修复。
原子由阳极向阴极移动，使离子留在两个电极间－金 虚－常见的电阻，电容，电路板易发生此现象 h)金属－半导体接触失效
不要过电；工艺控制；设计变更（追加隔离层） h) 芯片沾接失效（芯片断裂－膨胀系数差异导致；形变；
引线键合力度过大；封装后打印编号力度过大；Si&Al合 金化过程过渡，Al深入过多Si，使局部发生厚薄度差异， 使应力产生差异，而导致；）