內容失效分析概論主要失效模式及機理失效分析基本程序失效分析技術與設備失效案例分析當前1頁，總共53頁。失效分析概論當前2頁，總共53頁。失效分析概論1.基本概念失效——產品喪失功能或降低到不能滿足規(guī)定的要求。失效模式——電子產品失效現(xiàn)象的表現(xiàn)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。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。當前3頁，總共53頁。失效分析概論2.失效分析的定義和作用失效分析是對已失效器件進行的一種事后檢查。使用電測試以及先進的物理、金相和化學的分析技術，驗證所報告的失效，確定試銷模式，找出失效機理。根據失效分析得出的相關結論，確定失效的原因或相關關系，從而在產生工藝、器件設計、試驗或應用方面采取糾正措施，以消除失效模式或機理產生的原因，或防止其再次出現(xiàn)。當前4頁，總共53頁。主要失效模式及機理當前5頁，總共53頁。失效模式失效模式就是失效的外在表現(xiàn)形式。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：早期失效，隨機失效，磨損失效按電測結果分：開路，短路或漏電，參數漂移，功能失效按失效原因分：電應力（EOS）和靜電放電（ESD）導致的失效，制造工藝不良導致的失效當前6頁，總共53頁。失效模式及分布集成電路分立元件當前7頁，總共53頁。電阻器電容器失效模式及分布當前8頁，總共53頁。繼電器按插元件失效模式及分布當前9頁，總共53頁。失效機理過應力失效電過應力——電源輸出輸入的電源、電壓超過規(guī)定的最大額定值。熱過應力——環(huán)境溫度、殼溫、結溫超過規(guī)定的最大額定值。機械過應力——振動、沖擊、離心力或其他力學量超過規(guī)定的最大額定值。當前10頁，總共53頁。失效機理CMOS電路閂鎖失效條件——在使用上（VI；VO）>VDD或（VI；VO）<VSS；或電源端到地發(fā)生二次擊穿。危害——一旦導通電源端產生很大電流，破壞性和非破壞性。失效特點——點現(xiàn)象，內部失效判別。。當前11頁，總共53頁。ESD失效機理靜電放電給電子元器件帶來損傷，引起的產品失效。失效機理過電壓場致失效——放電回路阻抗較高，元器件因接受高電荷而產生高電壓導致電場損傷，多發(fā)生于電容器件。過電流熱致失效——放電回路阻抗較低，元器件因放電期間產生強電流脈沖導致高溫損傷，多發(fā)生于雙極器件。當前12頁，總共53頁。失效機理金屬腐蝕失效當金屬與周圍介質接觸時，由于發(fā)生化學反應或電化學作用而引起金屬腐蝕。電子元器件中，外引線及封裝殼內的金屬因腐蝕而引起電性能惡化直至失效。腐蝕產物形貌觀察和成分測定對失效分析很有幫助。當前13頁，總共53頁。失效機理銀離子遷移銀離子遷移是一種電化學現(xiàn)象，在具備水份和電場的條件時發(fā)生。當前14頁，總共53頁。失效機理金鋁化合物失效金和鋁鍵合，在長期儲存和使用后，金鋁之間生成AuAl2，AuAl，Au2Al，Au5Al2，Au4Al等金屬間化合物（IMC）這些IMC的物理性質不同，電導率較低。AuAl2呈紫色，俗稱紫斑；Au5Al2，Au4Al呈淺金黃色，俗稱黃斑；Au2Al呈白色俗稱白斑。鍵合點生成金鋁化合物后，鍵合強度降低、變脆開裂、接觸電阻增大，器件出現(xiàn)性能退化或引線從鍵合界面處脫落導致開路。IMCIMC當前15頁，總共53頁。失效機理柯肯德爾效應金鋁鍵合系統(tǒng)中，若采用Au絲熱壓焊工藝，由于高溫，金向鋁中迅速擴散，在金層一側留下部分原子空隙，這些原子空隙自發(fā)聚積，在金屬間化合物與金屬交界面上形成了空洞，這稱為柯肯德爾效應。當柯氏效應（空洞）增大到一定程度后，將使鍵合界面強度急劇下降，接觸電阻增大，最終導致開路失效。當前16頁，總共53頁。失效機理金屬化電遷移在外電場作用下，導電電子和金屬離子間相互碰撞發(fā)生動量交換而使金屬離子受到與電子流方向一致的作用力，金屬離子由負極向正極移動，這種作用力稱為“電子風”。對鋁，金等金屬膜，電場力很小，金屬離子主要受電子風的影響，使金屬離子朝正極移動，在正極端形成金屬離子的堆積，形成小丘，而在負極端生產空洞，使金屬條斷開。當前17頁，總共53頁。失效機理“爆米花效應”（分層效應）“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。當前18頁，總共53頁。失效分析基本程序當前19頁，總共53頁。失效分析基本程序3.失效分析程序樣品基本信息調查失效現(xiàn)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當前20頁，總共53頁。失效分析基本程序非破壞性分析的基本路徑外觀檢查模式確認（測試和試驗，對比分析）檢漏可動微粒檢測X光照相聲學掃描模擬試驗當前21頁，總共53頁。失效分析基本程序半破壞性分析的基本路徑可動微粒收集內部氣氛檢測開封檢查不加電的內部檢查（光學，SEM，微區(qū)分析）加電的內部檢查（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）多余物，污染物成分分析。當前22頁，總共53頁。失效分析基本程序破壞性分析的基本路徑加電的內部檢查（去除鈍化層，微探針，聚焦離子束，電子束探針）剖切面分析（光學，SEM，TEM）進一步的多余物，污染物成分分析。當前23頁，總共53頁。失效分析技術與設備當前24頁，總共53頁。失效分析技術與設備技術探測源探測物理量用途電參數測試分析電信號確定失效模式和失效管腳定位掃描聲學顯微分析（SAM）超聲波超聲波測量超聲波傳播，分析材料彈性特征，晶體缺陷和多層結構分析，結構截面的非破壞性分析X-射線透視儀X射線X射線強度檢測電子元器件及多層PCB板的內部結構X射線光電子能譜（XPS）特征X射線光電子通過測量光電子能量確定殼層能級，利用化學位移測量化學鍵和化合物，元素確定，化學位移顯微紅外吸收光譜（FTIR）紅外線紅外吸收光譜識別分子官能團，有機物結構分析二次離子質譜（SIMS）離子二次離子元素確定，表面元素分布當前25頁，總共53頁。失效分析技術與設備技術探測源探測物理量用途光學顯微鏡可見光反射光表面形貌，尺寸測量，缺陷觀察掃描電子顯微分析（SEM）電子二次電子，背散射電子表面形貌，晶體缺陷，電位分布，電壓襯度像，電壓頻閃圖，X射線能譜分析（EDS）電子特征X射線元素分析及元素分布俄歇電子能譜（AES）電子俄歇電子表面元素確定和元素深度分布聚焦離子束（FIB）離子二次離子截面加工和觀察透射電子顯微技術（TEM）電子電子截面形貌觀察，晶格結構分析當前26頁，總共53頁。失效分析技術與設備制樣技術機械加工工具研磨、拋光化學腐蝕有機溶解反應離子刻蝕聚焦離子束（FIB）FIB當前27頁，總共53頁。失效分析技術與設備形貌觀察技術目檢光學顯微鏡（立體顯微鏡、金相顯微鏡）SEM—掃描電子顯微鏡TEM—投射電子顯微鏡AFM—原子力顯微鏡X-RAY透視SAM—掃描聲學顯微鏡當前28頁，總共53頁。失效分析技術與設備結構主架載物臺照明系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)拍照系統(tǒng)光學顯微鏡當前29頁，總共53頁。失效分析技術與設備SEM-EDS當前30頁，總共53頁。失效分析技術與設備TopographyofCarbonParticleSample(BFI)TEM當前31頁，總共53頁。失效分析技術與設備AFM當前32頁，總共53頁。失效分析技術與設備結構X射線源屏蔽箱樣品臺X射線接收成像系統(tǒng)X-Ray透視系統(tǒng)當前33頁，總共53頁。失效分析技術與設備結構換能器及支架脈沖收發(fā)器示波器樣品臺（水槽）計算機控制系統(tǒng)顯示器SAM當前34頁，總共53頁。失效分析技術與設備成分分析技術EDS—X射線能量色散譜AES—俄歇電子能譜SIMS—二次離子質譜XPS—X光電子能譜FTIR—紅外光譜GCMS—氣質聯(lián)用IC—離子色譜內腔體氣氛檢測分析當前35頁，總共53頁。失效分析技術與設備AES當前36頁，總共53頁。失效分析技術與設備TOF-SIMS當前37頁，總共53頁。失效分析技術與設備XPS用途：主要用于固體樣品表面的組成、化學狀態(tài)分析。能進行定性、半定量及價態(tài)分析。XPS當前38頁，總共53頁。失效分析技術與設備CondensedsmearfromcompressedairFTIR當前39頁，總共53頁。失效分析技術與設備內部無損分析技術X-Ray透視觀察SAM—掃描聲學顯微鏡PIND—內部粒子噪聲分析氣密性分析當前40頁，總共53頁。失效分析技術與設備故障定位技術電參數檢測分析定位（探針檢測）形貌觀察定位液晶敏感定位紅外熱成像定位光輻射顯微定位當前41頁，總共53頁。失效分析技術與設備目的：確認失效模式和失效管腳定位，識別部分失效機理。方法：與同批次好品同時進行功能測試和管腳直流特性（I-V特性）測試，對照良好樣品、產品規(guī)范，解釋差異。結果：可識別參數漂移、參數不合格、開路、短路與失效現(xiàn)場不一致等失效模式和機理。良好樣品的I-V特性曲線失效樣品的I-V特性曲線電參數檢測分析當前42頁，總共53頁。紅外熱像技術改進前的混合電路熱分布圖改進后的混合電路熱分布圖失效分析技術與設備當前43頁，總共53頁。失效分析技術與設備應力實驗分析環(huán)境應力實驗分析電應力實驗分析機械應力實驗分析當前44頁，總共53頁。失效案例分析當前45頁，總共53頁。失效案例分析LEACH繼電器失效分析全過程應了解的信息（相關知識、失效樣品信息、失效相關信息）失效模式確認制定分析方案（動態(tài)）證據提取、分析推進綜合分析和結論編寫報告當前46頁，總共53頁。失效案例分析了解繼電器相關知識種類：電磁繼電器、固體繼電器結構：電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)電磁繼電器的工作原理：電驅動線圈產生磁力機械力帶動觸點完成電連接簧片或彈簧力斷開觸點完成電切斷當前47頁，總共53頁。失效案例分析繼電器主要失效模式和失效機理失效模式接觸失效線圈失效絕緣失效密封失效表現(xiàn)形式接觸電阻增大或時斷時通、觸點粘結、觸點斷開故障、吸合/釋放電壓漂移。線圈電阻超差、線圈開路、線圈短路。絕緣電阻變小、介質耐壓降低。外殼損壞失效機理觸點表面電化學腐蝕；觸點表面高溫氧化；燃弧——破壞觸點表面，粘連，產生碳膜；觸點表面金屬電遷移；內部多余物殘留；內部有機材料退化產生多余物；觸點動作撞擊；諧振；外部強電磁場等。漆膜材料缺陷；漆膜電壓擊穿、漏電；漆膜溫度、紫外光、輻射退化；漆包線機械損傷。絕緣材料退化密封漏氣當前48頁，總共53頁。失效案例分析了解失效樣品產品信息氣密封裝工作電壓DC48V觸點電壓125V觸點電流5A觸點電阻955Ω了解現(xiàn)場失效信息使用場合：空調環(huán)境（27°C）失效現(xiàn)象：殼溫高使用時間：一年多失效率：12.5%當前49頁，總共53頁。失效案例分析確定失效模式線圈溫度