失效分析及其在保证电子产品可靠性中的作用

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1、失效分析及其在保证电子产品可靠性中的作用 本报编辑：韩双露时间:2009-3-1910:55:13来源:电子制造商情中国赛宝实验室可靠性研究分析中心李少平1电子产品失效分析概述失效分析（FA）是指为了确定失效部件的失效模式、失效机理、失效原因以及失效后果所作的检查和分析。电子产品失效分析利用电分析、形貌分析、成分分析、物理参量分析、应力试验分析等手段求证失效样品的失效证据，根据失效证据与失效机理的内在联系，并结合样品现场的失效信息，诊断失效样品的失效机理、失效原因。在电子产品中，FA的对象是电子元器件，电子元器件主要包括要电容

2、器、电阻器、电感器、继电器、连接器、滤波器、开关、晶体器件、半导体器件（包括半导体分立器件、集成电路）、纤维光学器件、组件（具有一定功能、独立封装的电子部件，如DC/DC电源，晶体振荡器等）等。失效是指电子元器件丧失或部分丧失了预定的功能。失效模式是指电子元器件失效的外在宏观表现。对于半导体分立器件失效模式主要有开路、短路、参数漂移（退化）、间歇失效，密封继电器失效模式主要有接触不良、触点粘接、开路、断路，瓷介电容失效模式主要有开裂、短路、低电压失效。不同类别的电子元器件失效模式的表现各不相同，既使对同一门类的电子元器件，由于

3、其原理、结构和电气性能的差异失效模式的表现也不尽相同。失效模式的确认是失效分析工作的重要的环节，失效模式确认需要借助于观察、测试等技术方法。失效机理是指电子元器件失效的物理、化学变化，这种变化深层次的意义指失效过程中元器件内部的原子、分子、离子的变化，以及结构的变化，是失效发生的内在本质。电子元器件的失效机理可分为机械失效机理，如磨损、疲劳、断裂等；电失效机理，如静电放电损伤、电压引起的场致击穿和退化、电流引起热致击穿和退化等；热失效机理，如热引起的物态变化、结构变化等；反应失效机理，如腐蚀、合金、降解等；电化学机理，如化学电

4、迁移、源电池效应等；产品特有的失效机理，如CMOS集成电路的闩锁效应、金属化铝电迁移效应、热电子效应、陶瓷电容器的低电压失效、塑封器件的爆米花效应等机理。这些机理对于不同的电子元器件失效模式表现各不相同。应力是驱动产品完成功能所需的动力和产品经历的环境条件，是产品退化的诱因，如铝电解电容器在温度作用下，电容器内部的电解液蒸发，逐步引起电容量下降失效，这个过程中温度就是铝电解电容器失效的诱发应力。应力包括物理应力和化学应力，物理应力常见的有热（温度）、电（电压、电流、功率）、力（机械）、光（包括射线）等，化学应力常见的有水汽（潮

5、湿）、污染等。失效原因是指导致失效发生的外在影响因素，一般指引起失效发生的直接影响因素，影响因素一方面是产品缺陷，即电子元器件在设计、材料、制造工艺存在的引起失效的直接原因；另方面是外部诱发应力，以及应力的产生原因，如使用过程的电压、电流、功率、温度、湿度、环境的腐蚀性气体等。失效原因的确定相当复杂，但是只有正确的分析和确认失效原因，对于失效发生的控制和改进措施才能做到有的放矢。2失效分析程序和方法失效分析所采用的分析手段就其作用后果来说，可分为非破坏性分析和破坏性分析。非破坏性分析对失效样品没有破坏作用，但破坏性分析对失效样

6、品具有破坏作用，而且，这种破坏是一种不可逆反的破坏，如果分析过程中已经进行了不可逆反的破坏性分析，而丢失了未获得的失效信息，则失效分析面临失败的危险。因此，失效分析过程必须遵循图1所示的基本流程。   图1失效分析基本程序2.1 失效样品信息失效样品信息包括基本信息和技术信息。基本信息指失效样品的产品信息，如产品功能、工作原理、性能指标、产品结构、制造工艺，该型号产品的使用历史情况；技术信息指失效样品失效时的信息，如的工作条件，整机的故障表现和故障定位情况，失效样品的失效特征，应用电路，供电情况，环境条件，失效样品的采购批使用

7、前的经历，该型号产品的使用历史情况（失效率及失效表现）等。失效样品的信息决定失效分析方案、采用合适的分析方法，是机理诊断的重要依据，也是失效分析最终必须解释问题。2.2 失效模式确认失效模式确认是对失效现场报告的失效进行验证的过程。失效模式确认的结果可能是失效样品没有失效表现，或失效样品已经失效。失效样品已经失效可能表现为稳定失效，或不稳定失效。通过失效模式确认的结果，结合失效现场的信息，制定失效分析方案才能有的放矢的进行失效分析。例如，失效报告出现多只比较器（IC）端口之间漏电（板上测试）失效，在失效模式确认中发现板上卸下的

8、IC端口均没有漏电的问题，显然，板上测试到的漏电问题并不是IC的漏电，而是IC之外、板上其它部位漏电，因此，本次所需分析应转入对板上其它部位的漏电进行分析。2.3 外观检查元器件的外观检查十分重要，它往往会为后续的分析提供重要信息。首先，产品制造商、批次等是研判产品批次性失效