《失效分析技术》ppt课件

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1、电子元器件失效分析技术FailureAnalysis编著：张红波一、电子元器件失效分析技术1.1、失效分析的基本概念1.2、失效分析的重要意义1.3、失效分析的一般程序1.4、收集失效现场数据1.5、以失效分析为目的的电测技术1.6、无损失效分析技术1.7、样品制备技术1.8、显微形貌像技术1.9、以测量电压效应为基础的失效定位技术1.10、以测量电流效应为基础的失效定位技术1.11、电子元器件化学成份分析技术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

2、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。典型的闩锁效应电源对地的I－V曲线VI引起漏电和短路失效的主要原因：颗粒引发短路、介质击穿、PN结微等离子击穿、Si－Al互溶Al穿钉VIVI正常PN结反向曲线微等离子击穿PN结反向曲线引起参数漂移的主要原因：封装内水汽凝结、介质的离子粘污、欧姆接触退化、金属电迁移、辐射损伤例：Pad点处无钝化层，有水汽的话，会导致短路，水汽蒸发后

3、又恢复绝缘性，表现为工作时参数不稳定。失效物理模型：1、应力－强度模型（适于瞬间失效）失效原因：应力>强度例如：过电应力（EOS）、静电放电（ESD）、闩锁（Latchup）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（M是温度敏感参数，E是与失效机理有关的激活能）（﹡十度法则：从室温开始，每提高10度，寿命减半）积分产品平均寿命的估算BlnL1.2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，缩短研制周期电子元器件生产阶段、测试和使用阶段查找失效原

4、因，判定失效的责任方根据分析结果，生产厂可以改进元器件的设计和工艺，用户可以改进电路板的设计、改进器件和整机的测试和使用的环境参数或者改变供货商。失效分析案例案例1：GaAs微波器件的失效分析，表现为缓慢减小，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端面图半绝缘GaAs衬底SGD导电沟道N＋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

5、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1.4.1、应力类型与元器件失效模式或机理的关系举例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。1.5以失效分析为目的的电测技术电子元器件的电测失效分类：连接性失效（开路、短路、电阻变化等）多数是ESD和EOS引起的，比例大概

6、50％。电参数失效（值超出范围和参数不稳定）例如：电流增益、光电流、暗电流等。功能失效（给定输入信号，输出异常）多数是集成电路。电子元器件电测失效之间的相关性例如数字集成电路，连接性失效可引起电参数失效和功能失效。输入端漏电－>输入电流Iin、输入电压Vin达不到要求－>功能失效、静态电流IDDQ失效输入端开路和输出端开路－>功能失效电源对地短路－>功能失效、静态电源电流IDDQ失效电测的重要结论：电测失效模式可能多种模式共存。一般只有一个主要失效模式，该失效模式可能引发其他失效模式。连接性失效，电参数失效和功能失效呈递增趋势，功能失效和电参数失效时常可以归结于连接性失效。在缺

7、少复杂功能测试设备时，有可能用简单的连接性测试和参数测试，结合物理失效分析技术，仍然可以获得令人满意的失效分析结果。1.6无损失效分析技术定义：不必打开封装对样品进行失效定位和失效分析的技术。无损失效分析技术：X射线透视技术和反射式扫描声学显微技术（C－SAM）表2、X射线透视技术和反射式扫描声学显微术（C－SAM）的比较名称应用优势主要原理X射线透视技术(X-Ray)以低密度区为背景，观察材料的高密度区的密度异常点（主要用来判定引线断裂）透视X光被样品局部吸收后成像的异常反射式扫描声学显微