电子元器件失效分析技术经典案例1

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1、电子元器件失效分析技术可靠性分析中心基本概念和失效分析技术第一部分失效的概念失效定义1特性剧烈或缓慢变化2不能正常工作3不能自愈失效种类1致命性失效：如过电应力损伤2缓慢退化：如MESFET的IDSS下降3间歇失效：如塑封器件随温度变化间歇失效失效物理模型应力－强度模型失效原因：应力>强度强度随时间缓慢减小如:过电应力（EOS）、静电放电（ESD）、闩锁（latchup)应力－时间模型（反应论模型）失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超差。如金属电迁移、腐蚀、热疲劳温度应力－时间模型M温度敏感参数,E激活能,k玻耳兹曼常量,T绝对温度,t时

2、间,A常数T大,反应速率dM/dt大，寿命短E大，反应速率dM/dt小，寿命长温度应力的时间累积效应失效原因：温度应力的时间累积效应，特性变化超差与力学公式类比失效物理模型小结应力－强度模型：不考虑激活能和时间效应，适用于偶然失效，失效过程短，特性变化快，属剧烈变化，失效现象明显。.应力－时间模型（反应论模型）：需考虑激活能和时间效应，适用于缓慢退化，失效现象不明显。明显失效现象可用应力－强度模型来解释如：与电源相连的金属互连线烧毁是由浪涌电压超过器件的额定电压引起。可靠性评价的主要内容产品抗各种应力的能力产品的平均寿命预计平均寿命的方法1求

3、激活能ELnL1LnL21/T21/T1B预计平均寿命的方法2求加速系数F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由高温寿命L1推算常温寿命L2F=L2/L1对指数分布L1=MTTF=1/λλ失效率失效分析的概念失效分析的定义失效分析的目的确定失效模式确定失效机理提出纠正措施，防止失效重复出现失效模式的概念和种类失效的表现形式叫失效模式按电测结果分类：开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效失效机理的概念失效的物理化学根源叫失效机理。例如开路的可能失效机理：过电烧毁、静电损伤、金属电迁移、金属的电化学腐蚀、压焊

4、点脱落、CMOS电路的闩锁效应漏电和短路的可能失效机理：颗粒引发短路、介质击穿、pn微等离子击穿、Si-Al互熔失效机理的概念（续）参数漂移的可能失效机理：封装内水汽凝结、介质的离子沾污、欧姆接触退化、金属电迁移、辐射损伤引起失效的因素材料、设计、工艺环境应力环境应力包括：过电、温度、湿度、机械应力、静电、重复应力时间失效分析的作用确定引起失效的责任方（用应力－强度模型说明）确定失效原因为实施整改措施提供确凿的证据举例说明：失效分析的概念和作用某EPROM使用后无读写功能失效模式：电源对地的待机电流下降失效部位：部分电源内引线熔断失效机理：闩

5、锁效应确定失效责任方：模拟试验改进措施建议：改善供电电网，加保护电路某EPROM的失效分析结果由于有CMOS结构，部分电源线断，是闩锁效应。模拟试验确定失效责任方触发电流：350mA触发电流：200mA维持电压：2.30V维持电压：8.76V（技术指标：电源电压：5V触发电流>200mA）失效分析的受益者元器件厂：获得改进产品设计和工艺的依据整机厂：获得索赔、改变元器件供货商、改进电路设计、改进电路板制造工艺、提高测试技术、设计保护电路的依据整机用户：获得改进操作环境和操作规程的依据提高产品成品率和可靠性，树立企业形象，提高产品竞争力失效分析

6、技术的延伸进货分析的作用：选择优质的供货渠道，防止假冒伪劣元器件进入整机生产线良品分析的作用：学习先进技术的捷径失效分析的一般程序收集失效现场数据电测并确定失效模式非破坏检查打开封装镜检通电并进行失效定位对失效部位进行物理化学分析，确定失效机理综合分析，确定失效原因，提出纠正措施收集失效现场数据作用：根据失效现场数据估计失效原因和失效责任方根据失效环境：潮湿、辐射根据失效应力：过电、静电、高温、低温、高低温根据失效发生期:早期、随机、磨损失效现场数据的内容水汽对电子元器件的影响电参数漂移外引线腐蚀金属化腐蚀金属半导体接触退化辐射对电子元器件的

7、影响参数漂移、软失效例：n沟道MOS器件阈值电压减小失效应力与失效模式的相关性过电：pn结烧毁、电源内引线烧毁、电源金属化烧毁静电：MOS器件氧化层击穿、输入保护电路潜在损伤或烧毁热：键合失效、Al-Si互溶、pn结漏电热电：金属电迁移、欧姆接触退化高低温：芯片断裂、芯片粘接失效低温：芯片断裂失效发生期与失效机理的关系早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料缺陷、筛选不充分随机失效：静电损伤、过电损伤磨损失效：元器件老化随机失效有突发性和明显性早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性失效发生期与失效率失效率时间随机磨损早期以失效分析为目的的电测技术电测在

8、失效分析中的作用重现失效现象，确定失效模式，缩小故障隔离区，确定失效定位的激励条件，为进行信号寻迹法失效定位创造条件电测的种类和相关性连接性失效、电参数失效和功能失