1、電子元器件失效分析技術探討摘要:本文對電子元器件的失效分析技術進行了研究并加以總結。對電子元器件 的失效原因、失效機理等故障現象進行了分析。電子元器件的質量與可靠性保證 體系一個重要組成部分是失效分析，對電子元器件進行失效分析，才能及時了解 電子元器件的問題所在，才能為設備及系統的正常工作帶來可靠保障。關鍵詞：電子元器件；失效分析技術；研究；失效原因；保障0引言隨著現代社會的進步和科學技術的迅速發展，各種與電子元器件相關的電子 產品與社會的發展和人們的日常生活息息相關，它們的質量決定著人們這個信息 時代的發展與進步。在當前市場競爭的激勵下，電子產品趨向微型化、智能化， 市場對電子產品質量的要求

2、也越來越高。電子產品的質量和可靠性是密不可分的， 可靠性研究對保障和提高電子產品質量是至關重要的，因此對失效分析的要求也 越來越高。電子產品失效分析的目的不僅在于失效性質的判斷和失效原因的明確， 更重要的還在于為積極預防重復失效找到有效途徑。電子元器件失效分析要做到 模式準確、原因明確、機理清楚、措施得力、模擬再現、舉一反三。各種航空航天裝備、軍用電子裝備及各種民用電子整機產品等是由電子元器 件組成的，一旦某一個電子元器件發生故障就會引起整機產品的局部功能失效或 整機功能全部喪失。此時必須對失效的電子元器件進行分析，查找失效原因和失 效機理。對電子元器件失效原因的診斷過程即為失效分析。失效分析

3、的目的是確 定失效模式和失效機理，提出糾正措施，防止這種失效模式和失效機理的重復出 現。從而保證和提高了各種電子裝備上電子產品的質量。進入21世紀后，電子信息技術成為最重要的技術，電子元器件則是電子信息 技術發展的前提。為了促進電子信息技術的進一步發展，就更要提高電子元器件 的可靠性，所以就必須了解電子元器件失效的機理、模式以及分析技術等。1失效的含義失效是指電子元器件出現的故障1。各種電子系統或者電子電路的重要組成 部分一般是不同類型的元器件，當它需要的元器件較多時，則標志其設備的復雜 程度就較高；反之，則低。一般還會把電路故障定義為：電路系統規定功能的喪 失。2失效的分類根據不同的標準，對

4、失效的分類一般主要有以下幾種歸類法2。以失效原因 為標準：主要分為本質失效、誤用失效、偶然失效、自然失效等。以失效程度為 標準：主要分為部分失效、完全失效。以失效模式為標準：主要分為無功能、短 路、開路等。以失效后果的嚴重程度為標準：主要分為輕度失效、嚴重失效以及 致命失效。除上述外，還有多種分類標準，如以失效場合、失效外部表現為標準 等，不在這里一一贅述。3失效分析的一般原則及要求對于失效的電子元器件，其遵循的基本原理是以非破壞性的檢查為先，逐步 分析。在非破壞性的檢查不能發現失效根源的基礎上，再對失效器件進行深入探 究。對失效器件的分析，每一步程序都要取得必要的信息。許多分析程序都是破 壞

5、性的，不可重復，不可逆的。因此失效分析時要按程序小心進行，防止將真正 的失效原因遺漏或引入新的失效因素。對電子元器件失效分析要遵循相關的原則， 即：先方案后操作；先外檢后通電；加電測試先弱后強；先靜態后動 態；先外部后內部；先宏觀后微觀；先一般后特殊；先簡單后復雜； 先主要后次要；先無損后破壞。4失效的機理電子元器件失效的機理也有不同分類，通常以其導致原因作為分類依據，主 要可分為下面幾種失效機理。表層劣化:元器件鈉離子遭污染然后造成溝道出現漏電、Y輻射 有損、表面蠕變或擊穿等；設計問題造成的劣化:指單子元器件的電路、版圖 以及結構等方面出現的設計問題；內部劣化:是指由CMOS閉鎖效應、二次擊

6、 穿、重金屬玷污、中子輻射損傷以及材料問題所引發的瞬間功率過載、結構性能 退化等；使用不當引起的損壞:指電浪涌損傷、靜電損傷、過高溫度造成的破 壞、干擾信號導致的故障等；金屬化系統劣化:是指電子元器件內的鋁電遷移、 鋁腐蝕、鋁缺口等；封裝劣化:是指管腿出現腐蝕、漏氣或殼內有外來物導致 短路或漏電等3。5失效分析的常用技術手段和方法失效分析常用的技術手段有：1）外部目檢，對引線及鍍層、各種標識等至 少放大30倍的情況下進行觀察，判斷外觀是否有異常；2）管腳電特性測試，通 過管腳之間電特性測試，可以發現管腳之間是否存在有開路、短路等失效模式。 當電特性測試等發現內部可能有開路、短路時，應進行X射線

7、分析；3）電性能 測試就是對元器件功能測試、各種電參數測試，以便確定其失效模式；4）細檢 漏和粗檢漏，檢查器件的密封性，判斷器件是否存在漏氣現象；5）超聲掃描顯 微鏡檢查，對粘片不良留有空洞的檢查特別有效；6）顆粒碰撞噪聲檢測即PIND 檢測，懷疑內部有多余物時，應進行顆粒碰撞噪聲檢測。以上分析可以在開帽前進行。開帽后進行以下一些檢查：電性能復測；內部 目檢，觀察全局或局部情況，可以進一步觀察粘污、燒毀、加工工藝等情況；紅 外掃描顯微鏡檢查技術，檢查芯片上的熱分布是否合理；掃描電鏡（SEM）檢查 技術，主要是對局部進行大倍數目檢和成分分析；鍵合強度的測試以檢查鍵合工 藝情況；微探針臺測試；逐層

8、去掉表面層技術等。電子元器件失效分析的技術有很多，但常用的主要有下列幾種，具體介紹如 下。5.1拔出插入法。拔出插入法是指通過對組件板或者插件板拔出又插入的過程進行監視，以此 為根據，判斷拔出插入的連接界面是否就是故障發生的地方。值得注意的是，采 用拔出插入法進行失效分析時，在組件板或者插件板拔出又插入的過程當中，會 存在特殊狀況，即狀態發生改變的地方有時不僅是連接接口，還有可能是其他部位。所以在應用拔出插入 法時，要注意觀察每個部位及微妙的變化，才能做出正確的判斷。5.2感官辨別法。通過眼觀部件外形、手觸感知部件溫度與軟硬程度、鼻嗅味道、耳聽聲音， 判斷是否存在異常的方式即為感官辨別法。感官

9、辨別法操作簡便、省錢，只是能 夠辨別的內容會受感官能力的制約。5.3電源拉偏法。電源拉偏法是指把正常的電源與電壓拉偏，使其處于非正常狀態，然后暴露 出薄弱環節或故障，進而可以反映出故障或瀕臨故障的組件、元器件部位。這種 方法一般用在由于工作時間較長導致的故障或初步判斷是電網波動引發故障的情 況。值得提醒的是，電源拉偏法具有一定的破壞性，使用這種方法前一定要檢查 保險系數或其他因素，切記勿隨便使用。5.4換上備件法。通過對被取下值得懷疑的元器件或部件的監視，然后把合格的備件換上之后， 再對出現的故障現象進行對比分析，如看其故障現象有無消失，最后確定故障源 點是否處于被取下的部件中，這種方法即為換

10、上備件法。以上介紹的是電子元器件失效分析應用頻率較高的幾種方法，除此之外，還 有靜態、動態測量法；升高、降低溫度法；敲捏定位法等。6失效分析的思路要做到有效地對電子元器件進行失效分析，必須形成清晰的思路。一般對電 子元器件進行失效分析主要按這樣的思路進行逐步分析：確定是否為失效； 明確失效分析的最終目的；從失效現象入手，羅列失效位置的所有疑點； 擬定除疑點的方案；對失效位置逐級分析；設想并列舉所有可能引起失效 部位現象的原因；用實驗檢驗設想；提出預防失效的方案并對之進行評審； 用事實檢驗預防失效的方案是否有效；真正實施預防失效的方案4。7失效分析的原則對電子元器件失效分析要遵循相關的原則，常用

11、的一些原則具體如下。7.1先主要后次要的原則。一般是通過故障影響功能的程度判斷主要次要。在明確了主要次要問題后， 先解決主要問題再解決次要問題。7.2先方案后操作的原則。在進行失效分析時，分析人員必須先冷靜，在腦里想出解決方案再進行操作， 切勿盲目操作，再引起其他更大的元器件失效。7.3先一般后特殊的原則。先對經常出現失效的位置進行檢查，再檢查較少出現失效的位置。7.4先弱電后強電的原則。一般面對發生故障的整機或者出現失效的樣品，在對其進行性能檢測或者判 斷故障部位時，輸入信號、電源功率等要視具體情形從弱到強。值得提醒的是， 在從弱到強的的整個變化中，必須密切觀察并把不正常的現象記錄好。此外還

12、要 預防功率過滿引起突然開機、關機，造成電力沖擊，最終擾亂失效狀態，再增加 失效分析的困難5。此外，還有先簡單后復雜、先安檢后通電、先宏觀后微觀、先外設后主機、 先靜態后動態、先斷電后換件、先公用后專用等原則。8結束語失效分析是從結果推斷失效原因的過程，常常是一果多因，所以失效分析工 作需要正確的分析思路和程序，它可以幫助分析人員快速、準確地查明失效原因 和機理。電子元器件是電子整機產品的源頭，失效分析是電子元器件質量、可靠 性工作的基礎環節，失效分析是基于對元器件工藝、結構和電特性的了解、對其 失效模式、失效特征及失效機理的掌握、以及對失效分析程序、失效分析技術的 靈活運用。為了讓電子設備或電子系統可以正常可靠地運行，就必須保證電子元器件的可靠性，因此培養高水平的失效分析技術人員是現階段和 將來我們努力的目標，失效分析技術研究與失效預防任重道遠。通過對電子元器件失效分析技術的相關研究，可以了解到電子元器件發生失 效的原因、失效模式、失效機理及一些分析常用的分析方法等。電子元器件是電 子整機產品的源頭，為了讓電子設備或電子系統可以正常可靠地運行，就必須保 證電子元器件的可靠性，因此掌握電子元器件失效分析的技術就變得十分必要。參考文獻楊云，楊旭.電子設備的可靠性試驗J.數字通信,2011,37(6):66-69.陳鐵軍，王梓宇,黃蜂茜.基于電流控制模式的開關電源