电子元器件失效分析及技术发展
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。
电子元器件QFN焊点失效分析和改进措施
电子元器件QFN焊点失效分析和改进措施摘要QFN器件性能卓越，在电子电路中为核心器件，则其焊点可靠性直接关系到整个产品的性能。
本文重点分析了QFN器件的焊点失效模式及其原因，并在设计和工艺上提出了改善措施。
关键词来料不良；设计缺陷；焊点开裂；空洞；QFN全称为Quad Flat No-leads Package,该封装元器件具有体积小、重量轻、优越的电性能及散热性能等优点，在电子行业军民用领域中均得到广泛应用。
由于QFN器件引脚众多，一旦某个引脚焊点失效，将直接影响整个电路的性能，因此对QFN器件焊点失效分析和改进措施研究显得尤为重要。
1 QFN器件简述一般QFN有正方形外形和矩形两种常见外形。
电极触点中心距常见的有1.27mm、0.65mm、0.5mm。
QFN器件是一种无引脚封装，它有利于降低引脚间的自感应系数，其封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连接的导电引脚。
QFN引脚也称为可焊端，按可焊端分类可分为两种：连续性可焊端和非连续性可焊端。
连续性可焊端的QFN，底部引脚与侧面引脚均进行了镀锡处理。
非连续性可焊端的QFN，底部引脚镀锡处理但是侧面引脚未进行镀锡处理，底部焊脚为主要焊接面，侧边焊点主要起到辅助加固及方便目视检查的作用。
非连续性可焊端的QFN器件制造过程为：成品圆片→划片→装片→焊线→塑封固体→电镀→贴膜→切割→去膜本体分离→测试印字编带→包装标签入库。
IPC标准中要求QFN底部焊盘焊锡浸润良好，无短路空洞现象，对侧面焊点爬锡高度没有明确要求，但在军用产品和适用IPC三级标准产品里面，无论哪种QFN器件，不仅要求底部焊盘焊点浸润良好，无短路空洞现象，对侧面引脚焊锡应满足100%爬锡，只有这样才能让产品获得高稳定高可靠的电气性能和机械性能。
2 QFN器件焊点失效分析影响QFN器件焊点失效现象大致归类可分为：器件本身失效、焊点开裂、焊点空洞、锡少、引脚短路、引脚不上锡。
电子元器件的失效机理和失效模式分析
电子元器件的失效机理和失效模式分析摘要：电子元器件在运行过程中，经常由于失效与故障的发生影响到电子设备的正常运转。
元器件不仅是电子设备最为基础的组成结构，而且也是提高系统性能的主要载体。
一般来说，电子设备中的许多问题都是由电子元件的问题引起的。
为了确保电子设备可以正常工作，我们必须对常见设备中电子元器件的失效机理与常见故障情况有一个清晰的认知。
关键词：电子元器件；失效；机理；缺陷；故障1.电子元器件的失效机理一般来说，设计方案存在破绽，制作工艺不完善，使用方法不当，以及环境方面存在问题都会导致电子元器件出现故障。
我们将通过以下几个方面来分析探索电子元器件发生故障的缘由。
（一）电阻器的失效原理电阻作为电子设备的加热元件，是电子设备中使用时间最长的设备。
在电子设备的使用过程中，因电阻器故障造成电子设备发生故障的缘由占总数的15%。
电阻器的失效机理，对电子设备的结构和工艺特性有着决定性的意义。
当电阻出现问题后，人们通常不会将其修复，而是会思考：我们为什么不用一条新的电阻线代替呢？当电阻丝烧毁时，在某些情况下，烧毁的区域可以重新焊接，然后使用。
电阻劣化大多是由于其散热性差、湿度过大或制造存在漏洞等缘由引起的，而烧坏则是由于电路异常引起的，如短路、过载等缘由。
常见的电阻烧坏情形有两种：一种是电流过载和电阻高温引发的电阻烧坏，此时很轻易便可以发觉电阻表面出现损伤。
另一种则是瞬时高压加到电阻上引起的电阻开路或电阻值增大，一般情况下，此时电阻的表面变化不明显，这种故障电阻在高压电路中经常出现[1]。
电阻失效通常是因为致命故障和漂移参数故障。
结合电子设备的实际使用情况我们发现，由前者原因引发电阻器故障的占比可高达90%，包含了短路，机械损伤，接触损坏等等情形，而一般只有10%的电阻故障是由漂移参数故障引起的。
另外接触不良非常容易引起故障，而出现接触不良的情形主要是因为：（1）接触压力太大导致弹簧片松弛，接触点偏离轨道。
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。
失效分析技术
1.1 失效分析的基本概念
目的： 确定失效模式和失效机理，提出纠正 措施，防止这种失效模式和失效机理重复出 现。
失效模式：指观察到的失效现象、失效形式， 如开路、短路、参数漂移、功能失效等。
失效机理：指失效的物理化学过程，如疲劳、 腐蚀和过应力等。
引起开路失效的主要原因：
过电损伤、静电击穿（SEM、图示仪）、金 属电迁移、金属的化学腐蚀、压焊点脱落、 闩锁效应。
1.4.2收集失效现场数据的主要内容
失效环境、失效应力、失效发生期以及失效 样品在失效前后的电测试结果。
失效环境包括：温度、湿度、电源环境、 元器件在电路图上的位置和所受电偏置的 情况。
失效应力包括：电应力、温度应力、机械 应力、气候应力和辐射应力。
失效发生期包括：失效样品的经历、失效 时间处于早期失效、随机失效或磨损失效。
（ESD）、闩锁（Latch up）等。 2、应力－时间模型 （适于缓慢退化）
失效原因：应力的时间积累效应，特性变化 超差。
例如：金属电迁移、腐蚀、热疲劳等。
3、温度应力－时间模型 反应速度符合下面的规律
dM
பைடு நூலகம்
E
Ae kT
dt
（M是温度敏感参数，E是 与失效机理有关的激活能）
积分
E
M t M 0 Ae kT (t t0 )
（﹡十度法则：从室温开始，每提高10度，寿命减半）
产品平均寿命的估算
dM
L C
dt
lnL
E
L AekT
E
B
ln L B
kT
1
1
T1
T2
1.2失效分析的重要意义
电子元器件研制阶段 纠正设计和研制中的错误，缩短研制周期
失效电子元器件分析方法
分析Technology AnalysisI G I T C W 技术120DIGITCW2021.011 电子元器件失效一件电子成品的失效是指产品丧失规定的功能指标，不能满足规范要求，其中90%以上是可以通过更换元器件修复的，而元器件的失效往往是不可修复的。
因此，要控制成品设备的可靠性，就需要对元器件的失效规律进行研究分析，控制好元器件的失效率就能提高产品的可靠性。
影响一个元器件失效的因素多种多样，不同的元器件在同一应力环境失效的模式和机理都有可能不同，同一种元器件在不同的应力环境的失效状态也会不同。
因此，我们在分析元器件失效时要统计出元器件的材料、质量等级、静电等级、失效模式、失效机理以及应力阶段、加电时长等。
2 名词解释（1）失效：产品丧失规定功能指标不能满足规范要求。
（2）失效模式：失效的外在直观表现形式和过程规律，主要包括漏电、短路、开路、参数漂移及功能失效。
（3）失效机理：电子元器件本身化学、物理变化，这种变化一般是机械、腐蚀、过电引起。
（4）失效原因：引起器件失效的外在因素，电子元器件在材料、制造、设计、使用中引起的直接失效原因。
（5）失效分析：是找到产品的失效模式，根据失效模式找出产品失效机理以及失效原因，制定对策防止产品再次失效的活动。
3 失效分析步骤造成元器件失效的因素很多，必须收集器件失效的多方面要素加以比对分析才能找到失效根因，主要分析过程按图1执行。
图1 元器件失效分析过程3.1 统计失效元器件的关键要素损坏元器件的关键要素主要有器件类别、质量等级、静电等级、失效模式、失效机理、失效阶段等。
3.1.1 电子元器件主要类别失效电子元器件分析方法张光强（中电集团第十研究所，四川 成都 610036）摘要：介绍了一种电子元器件失效分析方法，给出了失效器件失效的统计要素，并对失效要素进行分析、研究失效模式与失效机理，找出失效原因，找到生产过程中的薄弱环节，制定相应措施，及时有效预防器件的再次失效，提高电子元器件的使用可靠性，进而提高整机可靠性，以较小的质量成本获取较高的经济效益，避免产品出现重复性问题，最终达到控制质量成本的目的。
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。
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电子元器件失效分析及技术发展
摘要:随着我国电子科技的飞速发展，集成电路的使用领域也越来越广泛，因此，对其进行故障的分析是非常必要的。
文章电子元器件失效分析及技术发展方面进行了分析，并提出了今后发展中遇到的问题，以改进其可靠性为目标。
关键词:电子元器件；失效分析；技术
引言
在大数据时代，随着电子产品的质量和性能的提高，对故障分析的需求也越来越高。
对电子元件的故障进行分析，首先要弄清故障的本质和成因，并对其进行科学的预防，提高其工作性能，确保其可靠性。
因此，对电子元件的故障诊断和技术开发进行深入的探讨是十分必要的。
1电子元器件失效分析原则与基本程序
1.1原则
在分析电子元件的故障原因时，应严格遵守有关的准则，以确保其完整。
一般说来，在对电子元件进行故障分析时，一般采用非破坏性检验方法。
传统的非破坏性检测方法在分析不出故障的原因时，必须采取进一步的措施，以便更好的查找故障的根源。
对电子元件的故障分析来说，其整个工作过程就是从故障信息中获得故障信息，因此，故障信息的采集是故障分析的关键。
为了保证对电子元件进行正确的故障分析，尽量减少故障发生的可能性，必须遵循以下几个原则:第一，必须严格遵守分析计划，然后实施计划，即对电子元件的故障进行分析，确定故障分析的步骤和内容，以便确定故障分析的操作步骤和内容。
请注意，在对电器进行通电前，必须先进行外部检验。
其次，在进行电器加电试验时，其电流运行要遵循“先弱后强”的原则，首先要从其外观、形态等方面进行分析，然后对其内部结构进行检测。
在进行检测和分析时，首先要确保电子元件在静态状态下，然后才能进行动态检测。
第三，在对电子元件进行故障分析时，必须遵循
“宏观、微观”的原则，从广义的观点出发，对其故障进行全面的分析，以找出
故障的根源。
最后，要决定故障分析的先后次序和次要目标，首先要考虑到电子
元件的主要问题，然后在必要的时候进行破坏性的测试，从而找出故障的原因。
1.2电子元器件失效分析基本程序
首先，要确认故障现象，准备和保护失效的试样;然后，从外观、电气性能
等方面进行分析，然后进行可靠性试验，如有必要，可以进行线路评估，然后开
封剥离;
2电子元器件失效分析技术发展现状、面临的挑战
2.1电子元器件失效分析技术发展现状
在电子元件故障诊断中，故障点的确定是故障点的确定。
但现在，随着电子
技术的发展，电子元件的结构也在不断地变得复杂，芯片的尺寸也在不断地增大，同时，它的线宽也在不断地缩小，这也就意味着，电子元件的故障和故障诊断也
会变得更加复杂和特殊，如果只靠观察，很难发现问题所在。
在故障分析的时候，需要对电路的总体状况有一个全面的了解，同时要将电路单元、存储器等对应的
电路模块锁住，以便寻找出每一个电路的结点，从而确定接触、通孔和电源，从
而确保故障点的精确定位。
另外，由于电子元件中的集中电路结构越来越复杂，
互连层的数量也越来越多，这就导致了高延时，电子元件的电路工作起来非常困难，往往很难及时发现电路故障，从而影响到分析的精度。
在这样的大环境下，
系统级的芯片也随之产生，它是一种新的技术手段，在故障分析中扮演着越来越
重要的角色。
2.2电子元器件失效分析技术发展所面临的挑战
2.2.1失效定位与电测
故障定位是一种对特定故障点进行系统故障分析的系统处理。
对集成电路而言，故障定位是一个复杂而又特殊的问题，要全面掌握集成电路的总体状况，必
须先锁定电路中的存储器和电路单元，然后确定电路的结点，确定电路的源、接
触和通孔，以保证故障的精确定位。
但是随着集成电路的发展，随着线宽的不断
减小，故障定位和电测的难度也越来越大。
2.2.2系统级芯片
在故障分析中，系统级芯片是一种十分关键的技术手段。
目前，由于集成电
路的复杂性，互联层数量的大幅增长，使得电路在高时延的情况下工作起来更加
困难。
这种情况下，很难及时发现故障，影响了故障分析的精确性。
3电子元器件失效分析技术方法
3.1失效现象确认
从宏观上讲，电子元件的失效有连接失效、电气参数失效和功能失效三大类。
非破坏性试验中，根据标准对其施加一定的电应力，对其进行检测，既不会产生
损坏，也能判断其有无瑕疵。
在失效分析时，如果根据产品的质量要求，增大电
应力，将会引入新的故障模式，从而使电子元件的故障更加严重。
随着科技的进步，电子元件的性能测试越来越复杂，通常采用 ATE的自动化测试装置进行测试，根据已有的功能仿真应用条件，科学地编制运行程序，确保其正确性，对功能试
验的结果进行分析，并得出故障的结论。
连接性试验是一个很复杂的工作，它要
用待机电流和端口来进行，其故障原因主要是通过待机电流来决定，而且这个试
验可以为以后的程序的正常操作提供一个可靠的依据。
3.2样品制备与保存
为了使电子元件的表面和内部分析能够得到有效的应用，必须在掌握其特征
的前提下，对其进行样品的准备和储存，以便为其进行失效分析奠定基础。
例如，采用去钝化技术，以降低导电率和晶片的阻挡效应，达到了晶片的制作和储存要求。
虽然钝化层对测试条件没有特别的要求，但却很容易发生腐蚀，而且腐蚀的
部位和范围都是不可控的，很可能会腐蚀内部导线和未被钝化的金属层，从而影
响到失效分析的精度，而采用等离子体腐蚀钝化法，虽然不会造成严重的腐蚀，
但也会带来新的破坏形式。
因此，在生产实践中，应严格监测其腐蚀过程，根据
其色泽的变化，分析其腐蚀程度，并决定其速度。
3.3电性分析
电学分析可以为故障的位置提供可靠的依据。
OBIRCH技术是一项常用的检测技术，它利用激光对材料的电阻率变化进行检测，实现了对缺陷的检测。
另外，在故障诊断和故障定位方面， LCD热点检测技术也是一种很好的方法。
结语：电子元器件失效分析是对失效机理、失效原因进行诊断的一个过程。
正确、可靠的故障分析可以为电子元件的质量管理和操作提供技术支撑，从而使其充分利用。
因此，必须在实践中对故障进行分析，以达到对故障进行综合评价的目的。
参考文献：
[1]罗道军,倪毅强,何亮,郭小童,杨施政.电子元器件失效分析的过去、现在和未来[J].电子产品可靠性与环境试验,2021,39(S2):8-15.
[2]刘建清.电子元器件技术发展与失效分析[J].电子元器件与信息技
术,2020,4(03):18-20.
[3]高奕.电子元器件失效分析及技术发展研究[J].河南科技,2018(34):72-73.
陈圣伦男1982.9 安徽六安 237300 杭州瑞旗电子科技有限公司硕士研究生工程师电子元器件方向，主做电路拓扑的产品。