电子元器件失效分析技术与案例
BGA失效分析报告
随着电子设备向高集成度、高可靠性 方向发展，BGA封装广泛应用于各类 电子产品中。然而，BGA失效问题逐 渐凸显，对产品性能和可靠性产生严 重影响。
BGA封装介绍
01
BGA封装特点
高密度、低电感、低热阻、易于 实现高速信号传输等。
02
BGA封装工艺流程
03
BGA失效类型
芯片粘接、引脚焊接、塑封固化 等。
01
03
一款笔记本电脑在使用过程中频繁出现蓝屏和死机现 象，拆解后发现芯片与BGA基板间的粘接材料老化，
芯片脱落导致电路故障。
04
一款平板电脑在使用过程中突然发生屏幕破裂，经检 查发现BGA封装体存在制造缺陷，无法承受机械冲击 。
失效影响分析
性能下降
BGA失效会导致电路性能下降，引发 各种故障现象，如死机、重启、数据 丢失等。
可靠性。
04 BGA失效预防和改进措施
优化封装设计
优化封装设计是预防BGA失效的重要 措施之一。
通过改进BGA的封装设计，可以减少 潜在的缺陷和问题，提高其可靠性和 稳定性。这包括优化焊球间距、改进 焊球材料和减小焊球直径等措施。
提升制造工艺水平
提升制造工艺水平是降低BGA失效风险的关键。
通过采用先进的制造技术和设备，提高BGA的制造精度和一致性，可以显著降低制造过程中可能出现的缺陷和问题。这包括 采用高精度的焊接设备、优化焊接工艺参数和加强过程控制等措施。
BGA失效进行分析和预测，为预防性维护提供支持。
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安全风险
对于关键性电子设备，BGA失效可能 引发严重安全问题，如设备损坏、数 据泄露或人身伤害等。
生产成本
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。
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。
IC电子元器件失效分析
ln
L2
=
B
+
E kT 2
Ln L2 Ln L1
B
1/T1
1/T2
预计平均寿命的方法
z 2 求加速系数F
L2 L1
= =
A
exp(L2
E = Aexp( E ) )kT2
kET L1
=
A ex2p(
E kT1
)
A
exp(
F
kT = L2 L1
= 1
e)xp( E k
(1 T2
− 1 )) T1
F = L 2 = exp( E ( 1 − 1 ))
z 二、电阻器的分类 1、线绕电阻器：通用线绕电阻器、精密线绕电阻器、 大功率线绕电阻器、高频线绕电阻器。 2、薄膜电阻器：碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金 属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、 玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器。 3、实心电阻器：无机合成实心碳质电阻器、有机合 成实心碳质电阻器。
压敏电阻常见的技术问题分析 (2)
z ②暂态过电压破坏，这是指较强的暂态过电压使 电阻体穿孔，导致更大的电流而高热起火。整个 过程在较短时间内发生，以至电阻体上设置的热 熔接点来不及熔断。在三相电源保护中，N-PE线 之间的压敏电阻器烧坏起火的事故概率较高，多 数是属于这一种情况。相应的对策集中在压敏电 阻损坏后不起火。一些压敏电阻的应用技术资料 中，推荐与压敏电阻串联电流熔丝（保险丝）进 行保护。
L1
k T 2 T1
试验获得高温T1的寿命为L1,低温T2寿命为 L2,可求出F
预计平均寿命的方法
z 由高温寿命L1推算常温寿命L2 z F=L2/L1 z 对指数分布 z L1=MTTF=1/λ z λ失效率
MLCC失效分析全面案例课件
全面的M1CC失效分析案例课件Q：M1CC电容是什么结构的呢？A：多层陶瓷电容器是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极）制成的电容。
TerminationsM1CC电容特点：机械强度：硬而脆，这是陶瓷材料的机械强度特点。
热脆性：M1eC内部应力很复杂，所以耐温度冲击的能力很有限。
Q：M1CC电容常见失效模式有哪些？A：焊接锡量不当r组装缺陷《［墓碑效应多层陶瓷J （陶瓷介质内空洞电容器缺陷］f内在因素«电极内部分层I本体缺陷1浆料堆积（机械应力【外在因素《热应力I电应力Q：怎么区分不同原因的缺陷呢？有什么预防措施呢？当温度发生变化时，过量的焊锡在贴片电容上产生很高的张力，会使电容内部断裂或者电容器脱帽，裂纹一般发生在焊锡少的一侧；焊锡量过少会造成焊接强度不足，电容从PCB板上脱离，造成开路故障。
2、墓碑效应(d)Norma1图3墓碑效应示意图在回流焊过程中，贴片元件两端电极受到焊锡融化后的表面张力不平衡会产生转动力矩，将元件一端拉偏形成虚焊，转动力矩较大时元件一端会被拉起，形成墓碑效应。
原因：本身两端电极尺寸差异较大；锡镀层不均匀；PCB板焊盘大小不等、有污物或水分、氧化以及焊盘有埋孔；锡膏粘度过高，锡粉氧化。
措施：①焊接之前对PCB板进行清洗烘干，去除表面污物及水分；②进行焊前检查，确认左右焊盘尺寸相同；③锡膏放置时间不能过长，焊接前需进行充分的搅拌。
本体缺陷一内在因素1、陶瓷介质内空洞图4陶瓷介质空洞图原因：①介质膜片表面吸附有杂质；②电极印刷过程中混入杂质；③内电极浆料混有杂质或有机物的分散不均匀。
2、电极内部分层图5电极内部分层原因：多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。
瓷膜与内浆在排胶和烧结过程中的收缩率不同，在烧结成瓷过程中，芯片内部产生应力，使M1CC产生再分层。
预防措施：在M1CC的制作中，采用与瓷粉匹配更好的内浆，可以降低分层开裂的风险。
PCBA失效分析方法及其典型的案例研究
PCBA失效分析方法及其典型的案例研究PCBA失效分析方法及其典型的案例研究n?课程背景电子信息时代，当我们持续不断地改进电子产品的功能及应用范围以满足人们生活高需求时，产品的设计也变得越来越复杂：高密度集成PCB（HDI）越来越普遍，元器件引脚间距越来越小、排布也越来越密集等等。
这些因素要求生产厂商必须拥有先进的生产设备与工艺技术、高质量的生产环境与物料。
在先进设备引进与先进工艺开发过程中，我们无法避免地会遇到大量的PCBA失效问题，这就需要系统的失效分析理论来分析解决问题。
在电子产品中，失效是指不能执行或提供其预期功能或输出的设备或系统的一种状态。
客户端产品出现的失效将会对制造方产生极度不好的影响，这些影响包括客户对产品的不满意或者资产损失甚至生命危险等更为严重的安全性问题。
因此，找出产品的失效原因是十分重要的，失效原因分析将帮助我们去解决问题并防止它再次发生。
n?课程摘要和收获在本次课程中，我们将利用先进、专业、高效的分析技术与十多年的实战经验，结合先进工艺技术理论与经验，通过对实际案例进行剖析，并对有关PCBA 的失效分析理论系统地进行深入的探讨。
如断口分析、微观结构与成分分析、切片金相分析，化学腐蚀、电化学迁移（ECM）和微形变分析等。
相关的内容包括怎样去开展你的失效分析，可以应用到的一些方法，怎样去帮助我们找到失效的根源，什么时候去使用这些技巧以及一些我们曾经成功的失效分析案例。
n?目标群体从事失效分析的人员：失效分析工程师，工艺工程师，质量工程师，可靠性工程师，设计人员和相关的管理层人员等。
n?本课程将会覆盖到以下内容：I.PCBA失效分析概述1.概述2.术语与标准3.失效分析原理4.失效分析的基本程序5.典型失效模式II.典型的PCBA失效分析方法概述1.X-Ray检测技术2.金相切片分析技术3.染色试验技术4.扫描电镜分析技术5.能谱分析方法6.红外显微镜分析技术7.离子色谱分析技术8.应力测量分析技术9.其它分析方法III.失效分析技术的应用及其案例分析1.物料缺陷相关的失效分析案例1.1PCB相关的缺陷1.2典型的焊接工艺缺陷案例分析1.3元器件相关的缺陷1.4腐蚀案例分析1.5表面处理和焊点完整性2.生产工艺缺陷失效案例2.1回流焊相关缺陷2.2波峰焊相关缺陷2.3返工相关缺陷3.离子污染物残留相关失效案例3.1元器件分析3.2组装中使用的化学品分析3.3电化学迁移的枝状晶体失效案例4.机械应力相关的失效案例4.1回流焊工艺引起的失效4.2电测引起的失效4.3机械组装的相关失效4.4运输引起的相关失效5.其它失效分析方法的应用5.1ACF导电胶膜固化率分析5.2表面污染物分析5.3阻燃剂中磷元素的分析5.4陶瓷电容器切片分析中的黄染料技术。
电源模块失效分析案例
电源模块失效分析案例
参考文献：
【１】半导体器卅可靠性物理高光勃．李学信科学出版杜
团开关电源的原理与设计张占松蒜宜ｊ
ｆ３】脉宽调制删全桥变授器的轼开美技术阮新眭。严仰光科学出版杜
作｝筒卉ｉ￡＾（１９９３一）．ｊ（或¨《），ｍ￥青自＾，Ⅱ±＊￡±，ｎ事Ｄ∞ｃｔ《＃‰Ｔ扣＆∞Ｈ￡
电源模块失效分析案例
作者： 作者单位： 孟宪磊， 吕长志， 方心宇， 谢雪松， 张小玲 北京工业大学 电子信息与控制工程学院 微电子可靠性研究室
ｆｉｎ＝００１Ａ、Ｖｏｕｔ－－０ ６２５Ｖ．１０ｕｔ＝３８
９ｍＡ；此时稳压管两端的电压仅为０ｌＶ（此稳压管的稳定电压应为
ＩＯＶ）．证明此稳压管为短路失效。此时为ＰＷＭ提供工作电压的１５脚电压接近于输＾电压．导致ＰＷＭ 输出的方渡电压低于正常值。 分析通过上而曲测试得知ｔ由于向ＰＷＭ提供工作电压的三极昔、稳压管失效．使ＰＷＭ不能输 出正常的方波电压、驱动ＶＤＭＯＳ的栅极正常工作。因此使该模块失效。造成＝极管基楹压焊丝与集电扳 短路的直接原因．可能是由于压悍丝过长、弧度过大所引起。
与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越
高。
开关电源是一种应用电力半导体开关器件及电子技术对原始电能进行转换、加工、调节的电子设备， 它广泛应用在计算机、通信、航天、国防等各个领域。尤其在军事领域，混合集成ＤＣ／ＤＣ电源模块以其 体积小、重量轻、功率密度高、效率高、可靠性高等特点，广泛应用于军事电子控制系统，如车载、机 载、舰载和地面的武器装备中。作为电力电子技术的一个重要分支，开关电源在欧、美、日等世界各国， 得到广泛的研究，正在以前所未有的速度，朝着轻型、高效、高频、模块化和集成化的方向发展。近年 来，电源设备日趋复杂，元器件的品种和数量增加很快，使用环境开始多样化，尤其是应用在比较恶劣的 条件下，且所服务的电子系统越来越精密和昂贵。电源需要日夜不停的连续运行，还要经受高、低温、高 湿度、以及电冲击等考验，运行中往往不允许检修或只能从事简单的维护。因此如果能提高电源模块的可 靠性水平，对保证模块的正常工作有着重要的意义Ⅱｌ。
失效分析技术
1.7.4机械剖切面技术
一般步骤： 固定器件（石蜡、松香和环氧树脂Epoxy） 研磨（毛玻璃、粗砂纸） 粗抛光（金相砂纸） 细抛光（抛光垫加抛光膏） 染色 金相观察
测量结深的抛光染色图片
1.8显微形貌像技术
光学显微镜和扫描电子显微镜的比较
仪器名称 真空条件 样品要求 理论空间 最大放 景深 分辨率 大倍数 光学显微 无 镜 扫描电子 高真空 显微镜 开封 360nm 1200 小 50万 大
失效分析案例
案例1：GaAs微波器件的失效分析，表现为 I DSS 缓慢减小，通过研究金属－半导体接触退化的机 理，确定了金半接触处原子互扩散是根本原因， 提出了增加阻挡层作为改进措施，通过对比改进 前后的可靠性评价，证明了失效分析的有效性。
MESFET端面图
S G ＋＋ ＋ ＋ D 导电沟道N＋
半绝缘GaAs衬底
I DSS
为最大饱和漏电流
1.3失效分析的一般程序
1、收集失效现场数据 2、电测并确定失效模式 3、非破坏性分析 4、打开封装 5、镜检 6、通电激励芯片 7、失效定位 8、对失效部位进行物理、化学分析 9、综合分析，确定失效原因，提出纠正措施
1.4 收集失效现场数据
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。 其中淀积Al时提高硅片的温度可以提高Al原 子的晶块体积，可以改善电迁移。
电子产品失效分析技术演示幻灯片
13
失效机理
4. 金属腐蚀失效
当金属与周围介质接触时， 由于发生化学反应或电化学 作用而引起金属腐蚀。
18
失效机理
9. “爆米花效应”（分层效应）
“爆米花效应”是指塑封器件塑封材料内的水份在高温 下受热发生膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分 层，拉断键合丝，发生开路失效或间歇失效。
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失效分析基本程序
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失效分析基本程序
3. 失效分析程序
样 失 外 失 方 非 破综 报
品 效 观 效 案 破 坏合 告
这Au些5AIlM2，CA的u物4Al理呈性浅质金不黄同色，，电俗导称率黄较斑低；。AuA2AulA呈l2白呈色紫俗色称，白俗斑称。紫斑；
键合点生成金铝化合物后，键合强度降低、变脆开裂、接触电阻增大，
器件出现性能退化或引线从键合界面处脱落导致开路。
IMC
IMC
16
失效机理
7. 柯肯德尔效应
金铝键合系统中，若采用Au丝热压焊工艺， 由于高温，金向铝中迅速扩散，在金层一 侧留下部分原子空隙，这些原子空隙自发 聚积，在金属间化合物与金属交界面上形 成了空洞，这称为柯肯德尔效应。
5
主要失效模式及机理
6
失效模式
失效模式就是失效的外在表现形式。
按持续性分类：致命性失效，间歇失效，缓慢退化 按失效时间分：早期失效，随机失效，磨损失效 按电测结果分：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效 按失效原因分：电应力（EOS）和静电放电（ESD）导致的
设计失效分析DFMEA经典案例剖析
优质的产品是企业赢得市场 份额的关键因素之一。通过 DFMEA分析优化产品设计， 可以提高产品的竞争力，帮
助企业抢占市场份额。
增加企业收益
提高产品质量、降低生产成 本和增强市场竞争力都可以 为企业带来更多的收益。
07
总结与展望
DFMEA应用现状及挑战
01
应用现状
02 广泛应用于产品设计阶段，以预防潜在的设计缺 陷。
根据风险等级划分结果，优先处 理高风险失效模式，制定相应的 改进措施。
02
改进措施实施与验 证
实施改进措施后，对产品进行重 新评估，确保改进措施的有效性。
03Βιβλιοθήκη 持续改进在产品生命周期中持续进行 DFMEA分析，不断优化产品设 计，提高产品质量和可靠性。
03
经典案例一：汽车零部件设计 失效分析
案例背景介绍
改进措施实施及效果验证
改进措施
针对识别出的失效模式和原因，采取了相应的改进措施，如优化散热设计、改进电源管理模块、修复软件编码错误和 内存泄漏等。
效果验证
在实施改进措施后，对设备进行了重新测试和验证。结果显示，电池温度明显降低，屏幕闪烁问题得到解决，应用程 序运行稳定且不再崩溃。
经验教训
该案例表明，在设计阶段充分考虑潜在失效模式和影响至关重要。通过DFMEA等方法进行预防性分析， 可以及早发现并解决潜在问题，提高产品的可靠性和安全性。同时，持续改进和优化设计也是提升产品 质量和用户满意度的关键所在。
探测度评估
评估现有控制措施在多大程度上能够探测到失效模式的发生。
风险优先数计算
计算风险优先数（RPN）
将严重度、频度、探测度的评估结果相乘，得到每种失效模式的风险优先数。