電子元器件失效分析技術

IRCONFIDENTIAL2023/9/21提綱：可靠性的基本概念和新的觀念；失效分析的8個步驟；3.失效分析的概念，目的，作用，對象和分類；4.與我們生產有關的例子；5.失效分析的新技術。IRCONFIDENTIAL2023/9/22一.關于可靠性？電子產品可靠性定義：是指產品在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力，它是電子產品質量的一個重要組成部分。可靠性的表征：壽命；失效率；故障；MTBF；返修；賠償……

注：電子產品的壽命：包括硬件壽命到期；技術壽命到期（過了換代期的電子產品）IRCONFIDENTIAL2023/9/23傳統(tǒng)可靠性觀念：是以失效數據的統(tǒng)計和分析為手段，表征產品的可靠性，比如MTBF?？煽啃缘男掠^念：是以失效分析為手段，尋找失效的根本原因，并加以解決以達到從根本上提高可靠性的目的。幾個概念：

可靠性強化試驗(RET,ReliabilityEnhancementTesting）,或稱為步進應力試驗；高加速壽命試驗HALT，高加速應力篩選HASS等面向失效分析的可靠性新技術

失效物理學（Pof，PhysicsofFailure），把失效作為主體研究，通過激發(fā)，研究和根治失效達到提高可靠性的目的可靠性工程新舊觀念對比IRCONFIDENTIAL2023/9/24可靠性觀念變化比較傳統(tǒng)觀念現時觀念可靠性是一種成本可靠性是一種資產遵照規(guī)范操作為用戶提供價值可靠性公式和手冊保證可靠性良好的設計和生產與設計和生產脫離與設計和生產融為一體只用MTBF作為可靠性統(tǒng)計參數同時用故障率和有效壽命作為可靠性的統(tǒng)計參數檢測故障，協(xié)調解決分析故障，消除故障重復運作改進運作IRCONFIDENTIAL2023/9/25失效物理方法的8個步驟：確定真正的系統(tǒng)要求；確定使用環(huán)境；（包括生產環(huán)境，但這點經常被忽略）驗明潛在的失效部位和失效機理；采用可靠的原材料的元器件；設計可靠的產品；鑒定加工和裝配過程；控制加工和裝配過程；（從設計和制造過程加強可靠性）對產品的壽命期成本和可靠性進行管理（采購后到達到使用壽命結束這中間的所有管理，培訓，控制等等成本之和）IRCONFIDENTIAL2023/9/26另一領域的失效分析醫(yī)藥學的歷史與人類的病痛一樣長，大量醫(yī)藥科學的進步都是建立在外科醫(yī)生的尸體解剖上。（仁慈的東方人除外）；在這個專業(yè)領域，這一做法通常稱為“失效分析”；每個失效部件都應被視為進行可靠性改進的機會，從這個角度講，失效部件有時甚至是“珍貴的”這個例子可以幫助我們理解失效分析的作用和失效部件的重要性。IRCONFIDENTIAL2023/9/27二.失效分析基本概念失效：功能退化或著功能喪失；失效模式：失效現象的表現形式，如開路，短路，參數漂移，不穩(wěn)定等；失效機理：導致失效的物理化學變化過程，和對這一過程的解釋，如電遷移開路，銀電化學遷移短路。工程上，也會把失效原因說成失效機理。應力：驅動產品完成功能所需的動力和產品經歷的環(huán)境條件。是產品退化的誘因；缺陷：IRCONFIDENTIAL2023/9/28失效分析的目的和作用失效分析:是對已失效的器件進行的一種事后檢查，使用電測試和先進的物理，進行和化學分析技術，驗證所報告的失效，確定其失效模式，找出失效機理。失效分析程序應得出相應結論，確定失效原因或相應關系，或著在生產工藝，器件設計，試驗或應用方面采取措施，以消除失效模式或機理產生的原因，或防止其重新出現。IRCONFIDENTIAL2023/9/29失效分析的對象實物對象：包括已發(fā)生失效或發(fā)生重要變化的測試結構，半成品，試制品，試驗品，整機應用以及外場應用失效品。過程對象：包括元器件的研發(fā)過程和應用過程。研發(fā)過程:可細分為設計優(yōu)化，制造工藝優(yōu)化，測試篩選與評價試驗優(yōu)化等過程（比如HexfredIr漂移事件的解決，我們設計新的篩選程序）；應用過程：元器件選型，二次篩選條件優(yōu)化，設備研制生產中的故障控制對策，可靠性增長，全壽命維護等（更偏向用戶）IRCONFIDENTIAL2023/9/210失效模式的概念和種類失效模式：就是失效的外在表現形式，不需要深入說明其物理原因按持續(xù)性分類：致命性失效，間歇失效，緩慢退化；按失效時間分類：早期失效，隨即失效，磨損失效；按電測試結果分類：開路，短路或漏電，參數漂移，功能失效按失效原因分類：EOS（ElectricaloverStress/ESD(ElectrostaticDischarge);制作工藝不良。IRCONFIDENTIAL2023/9/211三.一些例子

Eg1.ESD失效機理－解釋定義：處于不同靜電電位的兩個物體間發(fā)生的靜電電荷轉移就形成了ESD，這種靜電放電將給電子元件帶來損傷，引起產品失效。電子元器件由靜電放電引發(fā)的失效可分為：突發(fā)性失效和潛在性失效兩種模式。IRCONFIDENTIAL2023/9/212突發(fā)性失效：是指元器件受到ESD損傷后，突然完全喪失其規(guī)定的功能，主要表現為開路，短路或參數嚴重漂移。潛在性失效：是指靜電放電能量較低，僅在元器件內部造成輕微損傷，放電后器件電參數仍能合格或略有變化，但器件的抗過電的能力已經明顯削弱，再受到工作應力后將進一步退化，使用壽命將明顯縮短。IRCONFIDENTIAL2023/9/213ESD失效的不同機理過電壓場致失效：發(fā)生于MOS器件，包括含有MOS電容或鉭電容的雙極性電路和混合電路；過電流熱致失效：多發(fā)生于雙極器件，包括輸入用pn結二極管保護電路的MOS電路，肖特基二極管以及含有雙極器件的混合器件實際發(fā)生哪種失效，取決于靜電放電回路的絕緣程度！如果放電回路阻抗較低，絕緣性差，器件往往會因放電期間的強電流脈沖導致高溫損傷，這屬于過電流損傷；相反，因阻抗高，絕緣性好，器件接受高電荷而產生高壓，導致強電場損傷，屬于過壓損傷。IRCONFIDENTIAL2023/9/214ESD損傷圖片IRCONFIDENTIAL2023/9/215IRCONFIDENTIAL2023/9/216IRCONFIDENTIAL2023/9/217Eg2.塑封器件分層效應（“爆米花效應”）”爆米花效應“是指塑封器件塑封材料內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。IRCONFIDENTIAL2023/9/218TOHDTODDT－Post分層效應C－Sam圖片IRCONFIDENTIAL2023/9/2191.基本思路：信息分析（失效環(huán)境，標準，規(guī)范，經驗）失效模式確認（通過測試，試驗，對比分析）可能的失效機理（在前兩項的基礎上）尋找證據（物理，化學，試驗）原因推演必要的驗證和結論四.失效分析技術與設備IRCONFIDENTIAL2023/9/2202.基本流程：失效現場信息調查外觀檢查失效模式確認方案設計非破壞性分析破壞性分析綜合分析報告編寫操作原則：先外部后內部；先非破壞性后半破壞性；最后破壞性；避免引進新的失效機理。IRCONFIDENTIAL2023/9/2213.失效信息調查與方案設計信息類別：基本信息：包括處于管理需要的信息，包括樣品來源，型號，批次，編號，時間，地點等。技術信息：是判斷可能的失效機理和失效分析方案設計的重要依據。特定使用應用信息:整機故障現象,異常環(huán)境,在整機中的狀態(tài),應用電路,二次篩選應力,失效歷史,失效比例,失效率及隨時間的變化.

特定的生產工藝:生產工藝條件和方法;特種器件應先用好品開封了解和研究其結構特點.IRCONFIDENTIAL2023/9/222一些分析途徑簡介1.非破壞性分析的基本途徑（先實施易行的，低成本的）外觀檢查模式確認（測試和試驗，對比分析）檢漏可動微粒檢測（PIND）X光照相C－sam模擬試驗IRCONFIDENTIAL2023/9/2231.C－Sam和X射線透視儀IRCONFIDENTIAL2023/9/224C－Sam和X射線透視儀的成像IRCONFIDENTIAL2023/9/2252.半破壞性分析的基本途徑（多余物，污染，缺陷，微區(qū)電特性和電光熱效應）可動微粒收集內部氣氛檢測開封：專用工具，研磨，觀察研磨面塌陷區(qū)域；濕法腐蝕（化學法）：硫酸，硝酸；干法腐蝕：在真空條件下，等離子體轟擊不加電的內部檢驗：光學，SEM，微區(qū)成分；加電的內部檢驗：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。IRCONFIDENTIAL2023/9/226不加電的內部檢驗設備金相顯微鏡，掃描電鏡（SEM）IRCONFIDENTIAL2023/9/227能譜儀（EDS）及其特點IRCONFIDENTIAL2023/9/228加電的內部檢查IRCONFIDENTIAL2023/9/229以電流效應為基礎的定位技術IRCONFIDENTIAL2023/9/230光發(fā)射顯微鏡定位技術IRCONFIDENTIAL2023/9/2313.破壞性分析的基本途徑（進一步的微區(qū)電特性，污染，缺陷）加電的內部檢驗（去除鈍化層，微探針，聚焦粒子束，電子束探針）剖切面分析（光學，SEM,TEM)IRCONFIDENTIAL2023/9/232去除鈍化層技術化學方法去除鈍化層在真空條件下，等離子體轟擊去除鈍化層。缺點：對半導體材料表面有損傷，而且有輻射，會影響材料的性質IRCONFIDENTIAL2023/9/233金相切片制備技術IRCONFIDENTIAL2023/9/234注意：金相切片技術，要觀察金屬見化合物，還要采用適當的腐蝕液，使不同金屬或合金成分顯示不同的顏色，并且要注意過程中不能產生新的失效或破壞原來的失效。IRCONFIDENTIAL2023/9/235金相切片分析方法特點破壞性方法；試樣制備周期長，需要1D，最好3D；3.試樣制備要求高；4.可直觀獲取材料內部大量信息；5.對操作和分析人員要求較高IRCONFIDENTIAL2023/9/236附錄：分析技術與設備清單IRCONFIDENTIAL2023/9/237附錄：分析技術與設備清單IRCONFIDENTIAL2023/9/238附錄：分析技術與設備清單IRCONFIDENTIAL2023/9/239相關知識（軍工企業(yè)的要求）質量問題技術歸零為徹底解決由于技術原因造成的產品