電子產(chǎn)品失效分析技術(shù)ppt課件

電子產(chǎn)品失效分析技術(shù) 內(nèi)容 失效分析概論主要失效模式及機(jī)理失效分析基本程序失效分析技術(shù)與設(shè)備失效案例分析 失效分析概論 失效分析概論 1 基本概念失效 產(chǎn)品喪失功能或降低到不能滿足規(guī)定的要求 失效模式 電子產(chǎn)品失效現(xiàn)象的表現(xiàn)形式 如開路 短路 參數(shù)漂移 不穩(wěn)定等 失效機(jī)理 導(dǎo)致失效的物理化學(xué)變化過程 和對這一過程的解釋 應(yīng)力 驅(qū)動產(chǎn)品完成功能所需的動力和產(chǎn)品經(jīng)歷的環(huán)境條件 是產(chǎn)品退化的誘因 失效分析概論 2 失效分析的定義和作用失效分析是對已失效器件進(jìn)行的一種事后檢查 使用電測試以及先進(jìn)的物理 金相和化學(xué)的分析技術(shù) 驗證所報告的失效 確定試銷模式 找出失效機(jī)理 根據(jù)失效分析得出的相關(guān)結(jié)論 確定失效的原因或相關(guān)關(guān)系 從而在產(chǎn)生工藝 器件設(shè)計 試驗或應(yīng)用方面采取糾正措施 以消除失效模式或機(jī)理產(chǎn)生的原因 或防止其再次出現(xiàn) 主要失效模式及機(jī)理 失效模式 失效模式就是失效的外在表現(xiàn)形式 按持續(xù)性分類 致命性失效 間歇失效 緩慢退化按失效時間分 早期失效 隨機(jī)失效 磨損失效按電測結(jié)果分 開路 短路或漏電 參數(shù)漂移 功能失效按失效原因分 電應(yīng)力 EOS 和靜電放電 ESD 導(dǎo)致的失效 制造工藝不良導(dǎo)致的失效 失效模式及分布 集成電路 分立元件 電阻器 電容器 失效模式及分布 繼電器 按插元件 失效模式及分布 失效機(jī)理 過應(yīng)力失效電過應(yīng)力 電源輸出輸入的電源 電壓超過規(guī)定的最大額定值 熱過應(yīng)力 環(huán)境溫度 殼溫 結(jié)溫超過規(guī)定的最大額定值 機(jī)械過應(yīng)力 振動 沖擊 離心力或其他力學(xué)量超過規(guī)定的最大額定值 失效機(jī)理 CMOS電路閂鎖失效條件 在使用上 VI VO VDD或 VI VO VSS 或電源端到地發(fā)生二次擊穿 危害 一旦導(dǎo)通電源端產(chǎn)生很大電流 破壞性和非破壞性 失效特點 點現(xiàn)象 內(nèi)部失效判別 ESD失效機(jī)理靜電放電給電子元器件帶來損傷 引起的產(chǎn)品失效 失效機(jī)理 過電壓場致失效 放電回路阻抗較高 元器件因接受高電荷而產(chǎn)生高電壓導(dǎo)致電場損傷 多發(fā)生于電容器件 過電流熱致失效 放電回路阻抗較低 元器件因放電期間產(chǎn)生強(qiáng)電流脈沖導(dǎo)致高溫?fù)p傷 多發(fā)生于雙極器件 失效機(jī)理 金屬腐蝕失效當(dāng)金屬與周圍介質(zhì)接觸時 由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)作用而引起金屬腐蝕 電子元器件中 外引線及封裝殼內(nèi)的金屬因腐蝕而引起電性能惡化直至失效 腐蝕產(chǎn)物形貌觀察和成分測定對失效分析很有幫助 失效機(jī)理 銀離子遷移銀離子遷移是一種電化學(xué)現(xiàn)象 在具備水份和電場的條件時發(fā)生 失效機(jī)理 金鋁化合物失效金和鋁鍵合 在長期儲存和使用后 金鋁之間生成AuAl2 AuAl Au2Al Au5Al2 Au4Al等金屬間化合物 IMC 這些IMC的物理性質(zhì)不同 電導(dǎo)率較低 AuAl2呈紫色 俗稱紫斑 Au5Al2 Au4Al呈淺金黃色 俗稱黃斑 Au2Al呈白色俗稱白斑 鍵合點生成金鋁化合物后 鍵合強(qiáng)度降低 變脆開裂 接觸電阻增大 器件出現(xiàn)性能退化或引線從鍵合界面處脫落導(dǎo)致開路 失效機(jī)理 柯肯德爾效應(yīng)金鋁鍵合系統(tǒng)中 若采用Au絲熱壓焊工藝 由于高溫 金向鋁中迅速擴(kuò)散 在金層一側(cè)留下部分原子空隙 這些原子空隙自發(fā)聚積 在金屬間化合物與金屬交界面上形成了空洞 這稱為柯肯德爾效應(yīng) 當(dāng)柯氏效應(yīng) 空洞 增大到一定程度后 將使鍵合界面強(qiáng)度急劇下降 接觸電阻增大 最終導(dǎo)致開路失效 失效機(jī)理 金屬化電遷移在外電場作用下 導(dǎo)電電子和金屬離子間相互碰撞發(fā)生動量交換而使金屬離子受到與電子流方向一致的作用力 金屬離子由負(fù)極向正極移動 這種作用力稱為 電子風(fēng) 對鋁 金等金屬膜 電場力很小 金屬離子主要受電子風(fēng)的影響 使金屬離子朝正極移動 在正極端形成金屬離子的堆積 形成小丘 而在負(fù)極端生產(chǎn)空洞 使金屬條斷開 失效機(jī)理 爆米花效應(yīng) 分層效應(yīng) 爆米花效應(yīng) 是指塑封器件塑封材料內(nèi)的水份在高溫下受熱發(fā)生膨脹 使塑封料與金屬框架和芯片間發(fā)生分層 拉斷鍵合絲 發(fā)生開路失效或間歇失效 失效分析基本程序 失效分析基本程序 3 失效分析程序 樣品基本信息調(diào)查 失效現(xiàn)場信息調(diào)查 外觀檢查 失效模式確認(rèn) 方案設(shè)計 非破壞性分析 破壞性分析 綜合分析 報告編寫 失效分析基本程序 非破壞性分析的基本路徑外觀檢查模式確認(rèn) 測試和試驗 對比分析 檢漏可動微粒檢測X光照相聲學(xué)掃描模擬試驗 失效分析基本程序 半破壞性分析的基本路徑可動微粒收集內(nèi)部氣氛檢測開封檢查不加電的內(nèi)部檢查 光學(xué) SEM 微區(qū)分析 加電的內(nèi)部檢查 微探針 熱像 光發(fā)射 電壓襯度像 束感生電流像 電子束探針 多余物 污染物成分分析 失效分析基本程序 破壞性分析的基本路徑加電的內(nèi)部檢查 去除鈍化層 微探針 聚焦離子束 電子束探針 剖切面分析 光學(xué) SEM TEM 進(jìn)一步的多余物 污染物成分分析 失效分析技術(shù)與設(shè)備 失效分析技術(shù)與設(shè)備 失效分析技術(shù)與設(shè)備 失效分析技術(shù)與設(shè)備 制樣技術(shù)機(jī)械加工工具研磨 拋光化學(xué)腐蝕有機(jī)溶解反應(yīng)離子刻蝕聚焦離子束 FIB FIB 失效分析技術(shù)與設(shè)備 形貌觀察技術(shù)目檢光學(xué)顯微鏡 立體顯微鏡 金相顯微鏡 SEM 掃描電子顯微鏡TEM 投射電子顯微鏡AFM 原子力顯微鏡X RAY透視SAM 掃描聲學(xué)顯微鏡 失效分析技術(shù)與設(shè)備 結(jié)構(gòu)主架載物臺照明系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)拍照系統(tǒng) 光學(xué)顯微鏡 失效分析技術(shù)與設(shè)備 SEM EDS 失效分析技術(shù)與設(shè)備 TopographyofCarbonParticleSample BFI TEM 失效分析技術(shù)與設(shè)備 AFM 失效分析技術(shù)與設(shè)備 結(jié)構(gòu)X射線源屏蔽箱樣品臺X射線接收成像系統(tǒng) X Ray透視系統(tǒng) 失效分析技術(shù)與設(shè)備 結(jié)構(gòu)換能器及支架脈沖收發(fā)器示波器樣品臺 水槽 計算機(jī)控制系統(tǒng)顯示器 SAM 失效分析技術(shù)與設(shè)備 成分分析技術(shù)EDS X射線能量色散譜AES 俄歇電子能譜SIMS 二次離子質(zhì)譜XPS X光電子能譜FTIR 紅外光譜GCMS 氣質(zhì)聯(lián)用IC 離子色譜內(nèi)腔體氣氛檢測分析 失效分析技術(shù)與設(shè)備 AES 失效分析技術(shù)與設(shè)備 TOF SIMS 失效分析技術(shù)與設(shè)備 XPS用途 主要用于固體樣品表面的組成 化學(xué)狀態(tài)分析 能進(jìn)行定性 半定量及價態(tài)分析 XPS 失效分析技術(shù)與設(shè)備 Condensedsmearfromcompressedair FTIR 失效分析技術(shù)與設(shè)備 內(nèi)部無損分析技術(shù)X Ray透視觀察SAM 掃描聲學(xué)顯微鏡PIND 內(nèi)部粒子噪聲分析氣密性分析 失效分析技術(shù)與設(shè)備 故障定位技術(shù)電參數(shù)檢測分析定位 探針檢測 形貌觀察定位液晶敏感定位紅外熱成像定位光輻射顯微定位 失效分析技術(shù)與設(shè)備 目的 確認(rèn)失效模式和失效管腳定位 識別部分失效機(jī)理 方法 與同批次好品同時進(jìn)行功能測試和管腳直流特性 I V特性 測試 對照良好樣品 產(chǎn)品規(guī)范 解釋差異 結(jié)果 可識別參數(shù)漂移 參數(shù)不合格 開路 短路與失效現(xiàn)場不一致等失效模式和機(jī)理 良好樣品的I V特性曲線 失效樣品的I V特性曲線 電參數(shù)檢測分析 紅外熱像技術(shù) 改進(jìn)前的混合電路熱分布圖 改進(jìn)后的混合電路熱分布圖 失效分析技術(shù)與設(shè)備 失效分析技術(shù)與設(shè)備 應(yīng)力實驗分析環(huán)境應(yīng)力實驗分析電應(yīng)力實驗分析機(jī)械應(yīng)力實驗分析 失效案例分析 失效案例分析 LEACH繼電器失效分析全過程應(yīng)了解的信息 相關(guān)知識 失效樣品信息 失效相關(guān)信息 失效模式確認(rèn)制定分析方案 動態(tài) 證據(jù)提取 分析推進(jìn)綜合分析和結(jié)論編寫報告 失效案例分析 了解繼電器相關(guān)知識種類 電磁繼電器 固體繼電器結(jié)構(gòu) 電磁系統(tǒng) 觸點系統(tǒng) 機(jī)械傳動系統(tǒng)電磁繼電器的工作原理 電驅(qū)動線圈產(chǎn)生磁力機(jī)械力帶動觸點完成電連接簧片或彈簧力斷開觸點完成電切斷 失效案例分析 繼電器主要失效模式和失效機(jī)理 失效案例分析 了解失效樣品產(chǎn)品信息氣密封裝工作電壓DC48V觸點電壓125V觸點電流5A觸點電阻955 了解現(xiàn)場失效信息使用場合 空調(diào)環(huán)境 27 C 失效現(xiàn)象 殼溫高使用時間 一年多失效率 12 5 失效案例分析 確定失效模式線圈溫度異常線圈電阻異常 嚴(yán)重減小 漆包線漆膜破裂 銅芯絲裸露漆包線短路漏電結(jié)論 線圈失效 失效案例分析 失效原因分析 FTIR分析結(jié)果 失效案例分析 差熱分析結(jié)果 失效案例分析 氣相色譜質(zhì)譜分析結(jié)果 失效案例分析 小結(jié)失效樣品漆包線性能不合格 失效樣品150 213 存在氧化放熱反應(yīng) 放熱反應(yīng)峰值溫度為170 失效樣品發(fā)生氧化放熱反應(yīng)是因為漆膜中的增塑劑氧化放熱 良品300