电子元器件失效分析技术与案例
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赛宝电子元器件失效分析 第二讲
失效分析技术及经典案例第二讲分析技术与设备
中国赛宝实验室
可靠性研究分析中心
李少平
芯片粘接空洞
陶瓷基板与金属管
座粘接空洞
（
X射线透视技术反射式扫描
声学显微术
（
（
（
3.3不加电的内部检查
3.3不加电的内部检查3.3不加电的内部检查
电子枪发射的电子束，经透镜
和物镜的聚焦后，以较小的直
径、较高的能量和强度到达试
样的表面。
在扫描线圈的偏转作用下，电
子束以一定时间和空间顺序在
试样表面作逐点式扫描运动。
入射电子于样品表面互相作用，
产生背散射电子和二次发射电
子。
只要收集样品表面发射的两种
电子的一种，即可得到电子扫
描的图象。
52/102
等离子刻蚀前等离子刻蚀后
Beams
Coincidence
Point
Sub-surface “real” Defect: Delamination FIB照片来自
4.2 剖切面技术及分析（金相切片）
69/102
环氧树脂
70/102金相显微镜抛磨机
71/102
BGA焊点失效
72/102金属化孔失效
73/102 74/102
IMC
Thickness:5.35
ｕm
77/102
78/102
Ni Coating
Au Coating
79/102
80/102
81/102 82/102
83/102
85/102
IC负荷试验箱温度冲击箱
交变湿热箱。
BGA失效分析报告
背景
随着电子设备向高集成度、高可靠性 方向发展，BGA封装广泛应用于各类 电子产品中。然而，BGA失效问题逐 渐凸显，对产品性能和可靠性产生严 重影响。
BGA封装介绍
01
BGA封装特点
高密度、低电感、低热阻、易于 实现高速信号传输等。
02
BGA封装工艺流程
03
BGA失效类型
芯片粘接、引脚焊接、塑封固化 等。
01
03
一款笔记本电脑在使用过程中频繁出现蓝屏和死机现 象，拆解后发现芯片与BGA基板间的粘接材料老化，
芯片脱落导致电路故障。
04
一款平板电脑在使用过程中突然发生屏幕破裂，经检 查发现BGA封装体存在制造缺陷，无法承受机械冲击 。
失效影响分析
性能下降
BGA失效会导致电路性能下降，引发 各种故障现象，如死机、重启、数据 丢失等。
可靠性。
04 BGA失效预防和改进措施
优化封装设计
优化封装设计是预防BGA失效的重要 措施之一。
通过改进BGA的封装设计，可以减少 潜在的缺陷和问题，提高其可靠性和 稳定性。这包括优化焊球间距、改进 焊球材料和减小焊球直径等措施。
提升制造工艺水平
提升制造工艺水平是降低BGA失效风险的关键。
通过采用先进的制造技术和设备，提高BGA的制造精度和一致性，可以显著降低制造过程中可能出现的缺陷和问题。这包括 采用高精度的焊接设备、优化焊接工艺参数和加强过程控制等措施。
BGA失效进行分析和预测，为预防性维护提供支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
安全风险
对于关键性电子设备，BGA失效可能 引发严重安全问题，如设备损坏、数 据泄露或人身伤害等。
生产成本
随着电子设备向高集成度、高可靠性 方向发展，BGA封装广泛应用于各类 电子产品中。然而，BGA失效问题逐 渐凸显，对产品性能和可靠性产生严 重影响。
BGA封装介绍
01
BGA封装特点
高密度、低电感、低热阻、易于 实现高速信号传输等。
02
BGA封装工艺流程
03
BGA失效类型
芯片粘接、引脚焊接、塑封固化 等。
01
03
一款笔记本电脑在使用过程中频繁出现蓝屏和死机现 象，拆解后发现芯片与BGA基板间的粘接材料老化，
芯片脱落导致电路故障。
04
一款平板电脑在使用过程中突然发生屏幕破裂，经检 查发现BGA封装体存在制造缺陷，无法承受机械冲击 。
失效影响分析
性能下降
BGA失效会导致电路性能下降，引发 各种故障现象，如死机、重启、数据 丢失等。
可靠性。
04 BGA失效预防和改进措施
优化封装设计
优化封装设计是预防BGA失效的重要 措施之一。
通过改进BGA的封装设计，可以减少 潜在的缺陷和问题，提高其可靠性和 稳定性。这包括优化焊球间距、改进 焊球材料和减小焊球直径等措施。
提升制造工艺水平
提升制造工艺水平是降低BGA失效风险的关键。
通过采用先进的制造技术和设备，提高BGA的制造精度和一致性，可以显著降低制造过程中可能出现的缺陷和问题。这包括 采用高精度的焊接设备、优化焊接工艺参数和加强过程控制等措施。
BGA失效进行分析和预测，为预防性维护提供支持。
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安全风险
对于关键性电子设备，BGA失效可能 引发严重安全问题，如设备损坏、数 据泄露或人身伤害等。
生产成本
电子元器件失效分析技术
电子元器件失效分析技术Failure Analysis 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IV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VI V I 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（Latch up）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kT E Ae dtdM −=（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）)(00t t Ae M M kT E t −=−−积分产品平均寿命的估算C dt dM L =×kTE B L Ae L kTE+==ln 11T B lnL21T1.2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。
失效分析技术(赛宝)
失效分析技术
蔡伟
中国赛宝实验室
可靠性研究分析中心
2012-10
主要内容
一、初识失效分析
二、失效分析作用
三、失效分析技术
四、典型的案例
一、初识失效分析
●产品在规定的时间内和规定的使用条件下，完成
规定功能的能力－可靠性概念。
●失效分析是保证鸡蛋变为鸡而不是荷包蛋的工具
一、初识失效分析
网络新闻图片
网络新闻图片
◆1986年1月28日
◆73秒
◆7名人员
◆12亿美元
挑战者号1986年1月28日执行第十次任务时，于升空过程中突然爆炸
一、初识失效分析
•美国总统里根下令成立一个13人组成的总统调查委员会,调查航天飞机失事的原因。
在经过4个月的调查后,调查委员会向总统提出长达256页的调查报告。
一、初识失效分析
•直接原因（技术原因）：右部火箭发动机上的两个零件联接处出现了问题，具体的讲就是旨在防止喷气燃料事时的热气从联接处泄露的密封圈遭到了破坏，这是导致航天飞机失事的直接技术原因。
•管理和决策的原因
一、初识失效分析
•失效分析就是针对已经失效的事件开展原因分析的过程
•失效分析：电子行业的“医生”
一、初识失效分析
•失效--丧失功能或降低到不能满足规定的要求。
–按失效的持续性分类：致命性失效、间歇失效、缓慢退化
–按失效时间分类：早期失效、随机失效、磨损失效
–按电测结果分类：开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效…
–按失效原因分类：过电失效、机械失效、热失效…•缺陷—外形、装配、功能或工艺不符合规定的要求。
赛宝电子元器件失效分析 第一讲
15/77
有的人这样理解失效分析
医药学的历史与人类的病痛一样长。大量医药科 学的进步都是建立在外科医生进行的尸体解剖上。 （仁慈的东方人除外） 在我们的专业领域，这一做法通常称为“失效分 析”。 每个失效部件都应被视为进行可靠性改进的机会。 失效部件有时甚至是“珍贵的”。
16/77
中国可靠性网
事故并非偶然
11/77
可靠性工程新观念
1980年代可靠性观念发生变化，也随之提出了可靠性强 化试验（RET,Reliability Enhancement Testing，或称 为步进应力试验、高加速寿命试验HALT、高加速应力筛 选HASS等）等面向失效的可靠性新技术。 RET技术的理论依据是失效物理学(Pof,Physics of Failure),把失效当作研究的主体，通过激发、研究和根 治失效达到提高可靠性的目的。
13/77
失效物理方法
M.G.Pecht和L.W.Condra提出了失效物理方法的8个步骤： 1. 确定真正的系统要求； 2. 确定使用环境； 3. 验明潜在的失效部位和失效机理； 4. 采用可靠的原材料和元器件； 5. 设计可靠的产品； 6. 鉴定加工和装配方法； 7. 控制加工和装配过程； 8. 对产品的寿命期成本和可靠性进行管理。
21/77
2. 失效分析的定义和作用
失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查。使 用电测试以及先进的物理、金相和化学的分析技术， 验证所报告的失效，确定其失效模式，找出失效机 理。 失效分析程序应足以得出相应结论，确定失效的原 因或相应关系，或者在生产工艺、器件设计、试验 或应用方面采取纠正措施，以消除失效模式或机理 产生的原因,或防止其重新出现。
18
4.失效机理
ESD失效分析FA与案例介绍
• 即使有大量的论文介绍也是：“Every paper seems to report a different result that might only be valid for that device in that process technology, tested in that ESD model and done by using that piece of equipment.”
• 所以作瞬时功率和累计功率计算，并利用三维的热扩散模型，获得温度分布，找到 热点，优化结构均匀分布。
第三十页，共30页。
没有LDD的均匀触发(D)
第二十二页，共30页。
使用AFM和光学显微镜分析：
• 0.5um silicided LDD CMOS，防护器件NMOS,分析HBM和TLP后
的软或硬损伤。
• 光学显微镜分析TLP 200ns后软点首先出现在drain末端，500ns后 TLP，软点显著化并扩展成D-S Si filament硬失效。
匀性，在前的drain扩散区周围热过多。两种 改进办法：
第九页，共30页。
1、D-S silicon filament defect
• 即使有足够的ESD防护设计，有时候并不能正常工作。例如有些寄生器件会意
外开启。
即使有足够的ESD防护设计，有时候并不能 正常工作。例如有些寄生器件会意外开启。例 如下图显示是一个内部损伤，HBM ESD后出
3、ESD damages in metal interconnect
• 还有一种典型的损伤：是金属互连线的热损坏，在Al和Cu工艺中都会出现 。
• 图Al挤出型，0.25工艺中普遍使用的Ti/Al/Ti互连技术。当Al过热熔化后，就 会流入在Al和Al金属层之间的介质层的显微裂纹中。
• 所以作瞬时功率和累计功率计算，并利用三维的热扩散模型，获得温度分布，找到 热点，优化结构均匀分布。
第三十页，共30页。
没有LDD的均匀触发(D)
第二十二页，共30页。
使用AFM和光学显微镜分析：
• 0.5um silicided LDD CMOS，防护器件NMOS,分析HBM和TLP后
的软或硬损伤。
• 光学显微镜分析TLP 200ns后软点首先出现在drain末端，500ns后 TLP，软点显著化并扩展成D-S Si filament硬失效。
匀性，在前的drain扩散区周围热过多。两种 改进办法：
第九页，共30页。
1、D-S silicon filament defect
• 即使有足够的ESD防护设计，有时候并不能正常工作。例如有些寄生器件会意
外开启。
即使有足够的ESD防护设计，有时候并不能 正常工作。例如有些寄生器件会意外开启。例 如下图显示是一个内部损伤，HBM ESD后出
3、ESD damages in metal interconnect
• 还有一种典型的损伤：是金属互连线的热损坏，在Al和Cu工艺中都会出现 。
• 图Al挤出型，0.25工艺中普遍使用的Ti/Al/Ti互连技术。当Al过热熔化后，就 会流入在Al和Al金属层之间的介质层的显微裂纹中。
PCB失效分析技术与案例
PCB失效分析技术与典型案例2009-11-18 15:10:05 资料来源:PCBcity 作者: 罗道军、汪洋、聂昕摘要| 由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求，越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF等等各种失效问题。
本文首先介绍针对PCB在使用过程中的这些失效的分析技术，包括扫描电镜与能谱、光电子能谱、切片、热分析以及傅立叶红外光谱分析等。
然后结合PCB的典型失效分析案例，介绍这些分析技术在实际案例中的应用。
PCB失效机理与原因的获得将有利于将来对PCB的质量控制，从而避免类似问题的再度发生。
关键词| 印制电路板，失效分析，分析技术一、前言PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
随着电子信息产品的小型化以及无铅无卤化的环保要求，PCB也向高密度高Tg以及环保的方向发展。
但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题，并因此引发了许多的质量纠纷。
为了弄清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任，必须对所发生的失效案例进行失效分析。
本文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术，同时介绍一些典型的案例。
二、失效分析技术介于PCB的结构特点与失效的主要模式，本文将重点介绍九项用于PCB失效分析的技术，包括：外观检查、X射线透视检查、金相切片分析、热分析、光电子能谱分析、显微红外分析、扫描电镜分析以及X射线能谱分析等。
其中金相切片分析是属于破坏性的分析技术，一旦使用了这两种技术，样品就破坏了，且无法恢复；另外由于制样的要求，可能扫描电镜分析和X射线能谱分析有时也需要部分破坏样品。
此外，在分析的过程中可能还会由于失效定位和失效原因的验证的需要，可能需要使用如热应力、电性能、可焊性测试与尺寸测量等方面的试验技术，这里就不专门介绍了。
2.1 外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。
失效分析之经典案例
电子元器件失效分析技术与失效分析经典案例案例1 器件内部缺陷——导致整机批次性失效失效信息：整机是磁盘驱动器，制造过程整机的次品率正常为300ppm，某时起发现次品率波动，次品原因是霍尔器件极间漏电、短路。
图1 引出电极金属化（金）边缘脱落跨接图片析说明：引出电极金属化边两电极之间，在电压作用下漏电、击穿。
案例电极边缘脱落，跨接两电极引起电极之间漏电短路分缘有残边，残边在注塑时被冲开而跨接于这是器件的工艺缺陷，这种缺陷具有批次性的特征，该批器件在使用过程中失效率大，寿命短。
2：静电放电损伤失效图2 射频器件静电击穿照片（金相）图3 数字IC静电击穿照片SEM）分析说明：静电放电击穿典型的特征是能量小、线径小，飞狐、喷射。
主要发生在射频、能量释放时间短，其失效特征是击穿点微波器件，场效应器件、光电器件也常有静电放电击穿的案例。
案例3：外部引入异常电压引起通讯IC 输失效信息：分析说明：通讯芯片通讯端口上的传输线容易引入干扰电压（窄脉冲浪涌），干扰电压多次对通讯案例电流能力下降引起整机失效率异常增大某时起整机的市场维修率异常增大，维修增大是整机中的IGBT 功率器件失效引起的。
另外集成电路、出驱动失效通讯芯片在现场使用时发生失效，表现为通讯端口对地短路。
图4 通讯IC 输出管形貌（SEM ）图5 输出管电压击穿形貌（SEM ）IC 的通讯端内部电路起损伤作用，最终形成击穿通道。
4：功率器件失效信息：图6 IGBT 芯片呈现过电流失效特征图7 原来IGBT 的内部结构析说明：效样品表现为过电流失效。
整机维修率异常增大发生时更改IGBT 的型号。
IBGT 制造厂家给出新330W ，原来型号的IGBT 的功率指标为，其它指标没有变化。
两只芯片，多了一只反向释放二极管，两个型号的IGBT 芯片的面积一样大，显然，下降，因此，新型号的IGBT 的电流能分失型号的IGBT 的功率指标比为175W 但新型号的IGBT 内部结构（图6）仅有一只芯片，而原来型号的IGBT 有新型号的IGBT 的芯片要有部分面积来完成反向释放二极管的作用，由于IGBT 芯片有效面积的减小，导致其电流能力力不如原来型号的IGBT ，整机中IGBT 的工作电流比较临界，因此，使用过程中由于电流问题的发生大量失效。
ESD失效分析FA及案例介绍
• 在MM ESD冲击下，有类似的D-S silicon filament defect.此外器件 的两端有点状烧损和横跨drain区 域的丝状烧损，这些是MM典型特 征，MM有环振特点（持续30ns ），所以每个振荡峰值点就会在 器件不同部位上留下一个细丝
• 在CDM ESD冲击下，有类似的DS silicon filament defect，但较 HBM少，特点是振荡较少
（3）成分观察： EDAS、电子微探针显微分析(EPMA)、俄歇电子能谱(AES)
、x射线光电子能谱(xPS)、二次离子质谱(SIMs)等方法
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
典型的失效形式
• 1、D-S silicon filament defect due to high ESD stress field
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
(1)一般的失效机理
失效分析的手段： （1）形貌观察： • 光学显微镜：最常用，观察器件的表面和逐层剥除的次表面。对于光学显
微镜放大倍数是500倍，使用冶金显微镜可以达到1000倍，使用特殊的液 体透镜技术，可以达到1500倍，1000-1500可以观察到1微米线宽缺陷。 • SEM：更高倍数15000倍，使用背散射二次电子和样品倾斜台还可以获得 一定的三维图像），存在电荷积累，可以使用扫描离子显微镜SIM，TEM ：更高的解析度。可以观察缺陷位错。不需要真空的可以用AFM：会受到 表面电荷等的影响。 • 对于需要透视观察的，平面的可以用SAM（电声显微镜，特别是铝钉） ，三维的可以用X射线显微镜，或者使用RIE：反应离子刻蚀，逐层剥除 观察。 • FIB：聚焦离子束，用离子束代替电子束观察显微结构，可以透视剥除金 属或者钝化层观察，所以FIB也可用于VLSI的纠错（可以加装能谱）
• 在CDM ESD冲击下，有类似的DS silicon filament defect，但较 HBM少，特点是振荡较少
（3）成分观察： EDAS、电子微探针显微分析(EPMA)、俄歇电子能谱(AES)
、x射线光电子能谱(xPS)、二次离子质谱(SIMs)等方法
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
典型的失效形式
• 1、D-S silicon filament defect due to high ESD stress field
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
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(1)一般的失效机理
失效分析的手段： （1）形貌观察： • 光学显微镜：最常用，观察器件的表面和逐层剥除的次表面。对于光学显
微镜放大倍数是500倍，使用冶金显微镜可以达到1000倍，使用特殊的液 体透镜技术，可以达到1500倍，1000-1500可以观察到1微米线宽缺陷。 • SEM：更高倍数15000倍，使用背散射二次电子和样品倾斜台还可以获得 一定的三维图像），存在电荷积累，可以使用扫描离子显微镜SIM，TEM ：更高的解析度。可以观察缺陷位错。不需要真空的可以用AFM：会受到 表面电荷等的影响。 • 对于需要透视观察的，平面的可以用SAM（电声显微镜，特别是铝钉） ，三维的可以用X射线显微镜，或者使用RIE：反应离子刻蚀，逐层剥除 观察。 • FIB：聚焦离子束，用离子束代替电子束观察显微结构，可以透视剥除金 属或者钝化层观察，所以FIB也可用于VLSI的纠错（可以加装能谱）
电子元器件失效分析与典型案例-基础篇02
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电子元器件失效分析技术与案例
电子元器件失效分析技术与案例费庆学二站开始使用电子器件当时电子元器件的寿命20h.American from 1959 开始：1。
可靠性评价，预估产品寿命2。
可靠性增长。
不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。
通过恶裂环境的试验。
通过改进提高寿命。
―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例 b.可靠数学第一部分：电子元器件失效分析技术（方法）1．失效分析的基本的概念和一般程序。
A 定义：对电子元器件的失效的原因的诊断过程b.目的：0000000c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测的形式取得d．失效机理：失效的物理化学根源――》失效的原因1）开路的可能失效机理日本的失效机理分类：变形变质外来异物很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成正反向都不通为内部断开。
漏电和短路的可能的失效机理接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si 和al 互熔成为合金合金熔点更低）塑封器件烘烤效果好当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质失效机理环境应力：温度温度过低易使焊锡脆化而导致焊点脱落。
，2．失效机理的内容I失效模式与环境应力的关系任何产品都有一定的应力。
a当应力>强度就会失效如过电/静电：外加电压超过产品本身的额定值会失效b应力与时间应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生故：如何增强强度&减少应力能延长产品的寿命c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命特性随时间存在变化e机械应力如主板受热变形对零件的应力认为用力塑封的抗振动好应力好陶瓷的差。
f重复应力如：冷热冲击是很好的零件筛选方法重复应力易导致产品老化，存在不可靠性故使用其器件：不要过载；温湿度要适当II如何做失效分析例：一个EPROM在使用后不能读写1)先不要相信委托人的话，一定要复判。
2)快始失效分析：取NG&OK品，DataSheet，查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试）电源对地的待机电流下降开封发现电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电阻，电流减小。
电子元器件失效分析技术经典案例1
• 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
• 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
dM
E
Ae kT
dt
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
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
e)xp(
E k
(
1 T2
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
• 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
dM
E
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dt
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
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
e)xp(
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1 T2
电子元器件失效分析具体案列
典型分析照片
图 1 Pin17 已熔断内引线
图 2 Pin17 已熔断内引线
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
图 3 击穿点及引线损坏形貌
图 4 过电形貌
图 5 内部电路过电形貌
图 6 内部电路击穿点形貌
图 7 内部电路击穿点形貌
图 8 内部电路击穿点形貌
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
案例三：
1 产品名称及型号：通信 IC PMB6850E V2.10
作均正常；
3）内部水汽含量测试：应委托方要求，8＃与 12＃样品进行内部水汽含量测试，结果符合
要求；
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
4）端口 I－V 特性测试：使用静电放电测试系统剩下的样品进行 I－V 端口扫描测试，发现： 4＃样品的 Pin3、Pin4、Pin5、Pin7 对地呈现明显的电阻特性，使用图示仪测试后测得 Pin3 对地呈现约 660Ω阻值、Pin4 与 Pin5 对地呈现约 300Ω阻值、Pin7 对地呈现约 140
___
Ω阻值，且在 1＃与 4＃样品的 Pin31（ EA /Vpp）发现特性曲线异常，但并非每次都能 出现；其他样品的管脚未发现明显异常； 5）开封和内部分析：对 1＃～5＃样品进行开封，内目检时发现： 芯片的铝键合丝与键合台以外相邻的金属化层（有钝化层覆盖）存在跨接现象。在拉 断铝丝后，可见到铝丝通过超声键合已粘接在相邻的地连线或膜电阻上，并粘附着铝丝被 粘连的铝屑见图 2～图 4。拉断铝丝后均能观察到键合台邻近的工作金属线或膜电阻上存在 铝丝残存的碎屑，说明铝丝存在键合跨接。 统计发现，在 3＃与 4＃样品中，每只样品的 40 个键合台均有 27 个存在铝丝键合 与其相连的工作金属化铝连线（地线或膜电阻）跨接粘连的问题。
图 1 Pin17 已熔断内引线
图 2 Pin17 已熔断内引线
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
图 3 击穿点及引线损坏形貌
图 4 过电形貌
图 5 内部电路过电形貌
图 6 内部电路击穿点形貌
图 7 内部电路击穿点形貌
图 8 内部电路击穿点形貌
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
案例三：
1 产品名称及型号：通信 IC PMB6850E V2.10
作均正常；
3）内部水汽含量测试：应委托方要求，8＃与 12＃样品进行内部水汽含量测试，结果符合
要求；
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
4）端口 I－V 特性测试：使用静电放电测试系统剩下的样品进行 I－V 端口扫描测试，发现： 4＃样品的 Pin3、Pin4、Pin5、Pin7 对地呈现明显的电阻特性，使用图示仪测试后测得 Pin3 对地呈现约 660Ω阻值、Pin4 与 Pin5 对地呈现约 300Ω阻值、Pin7 对地呈现约 140
___
Ω阻值，且在 1＃与 4＃样品的 Pin31（ EA /Vpp）发现特性曲线异常，但并非每次都能 出现；其他样品的管脚未发现明显异常； 5）开封和内部分析：对 1＃～5＃样品进行开封，内目检时发现： 芯片的铝键合丝与键合台以外相邻的金属化层（有钝化层覆盖）存在跨接现象。在拉 断铝丝后，可见到铝丝通过超声键合已粘接在相邻的地连线或膜电阻上，并粘附着铝丝被 粘连的铝屑见图 2～图 4。拉断铝丝后均能观察到键合台邻近的工作金属线或膜电阻上存在 铝丝残存的碎屑，说明铝丝存在键合跨接。 统计发现，在 3＃与 4＃样品中，每只样品的 40 个键合台均有 27 个存在铝丝键合 与其相连的工作金属化铝连线（地线或膜电阻）跨接粘连的问题。
电子元器件失效性分析报告文案
电子元器件失效分析技术第一讲失效物理的概念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的概念定义：研究电子元器件失效机理的学科失效物理与器件物理的区别失效物理的用途失效物理的定义定义：研究电子元器件失效机理的学科失效机理：失效的物理化学根源举例：金属电迁移金属电迁移失效模式：金属互连线电阻值增大或开路失效机理：电子风效应产生条件：电流密度大于10E5A/cm2高温纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜，降低工作温度，减少阶梯，铜互连、平面化工艺失效物理与器件物理的区别撤销应力后电特性的可恢复性时间性失效物理的用途1 失效分析：确定产品的失效模式、失效机理，提出纠正措施，防止失效重复出现2 可靠性评价：根据失效物理模型，确定模拟试验方法，评价产品的可靠性可靠性评价的主要容产品抗各种应力的能力产品平均寿命失效物理模型应力－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（静电放电ESD）、闩锁（latch up)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、热疲劳应力－强度模型的应用器件抗静电放电（ESD）能力的测试温度应力－时间模型EdMAe−kTdtT高，反应速率大，寿命短E大，反应速率小，寿命长温度应力的时间累积效应Mt −MAe−EkT(t−t)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dM dt Ae−EkTdvdtFmMt −MAe−EkT(t−t)mv t−mv0F(t−t0)失效物理模型小结应力－强度模型与断裂力学模型相似，不考虑激活能和时间效应，适用于偶然失效和致命性失效，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）与牛顿力学模型相似，考虑激活能和时间效应，适用于缓慢退化，失效现象不明显应力－时间模型的应用：预计元器件平均寿命1求激活能 ELn L2Lln ln LL1A exp(BBEkTEkTEkT)1Ln L1Bln L2 BEkT21/T1 1/T2预计平均寿命的方法2 求加速系数FEexp(L A E exp( )L 2 A 2 kT )kT2EL A exp( )1 E kT1L A exp( L)1 F2 exp(E(1−1))kTL 1 1 k TT21F L2L1exp(Ek(1T2−1))T1设定高温为T1,低温为T2,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失效率失效率＝试验时间失效的元件数初始时间未失效元件数试验时间温度应力－时间模型的简化：十度法则容：从室温算起，温度每升高10度，寿命减半。
PCB失效分析技术总结及实用案例分享
PCB失效分析技术总结及实用案例分享作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。
对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。
1.外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。
外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。
另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。
2.X射线透视检查对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X射线透视系统来检查。
X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。
该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。
目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。
3.切片分析切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。
通过切片分析可以得到反映PCB（通孔、镀层等）质量的微观结构的丰富信息，为下一步的质量改进提供很好的依据。
但是该方法是破坏性的，一旦进行了切片，样品就必然遭到破坏；同时该方法制样要求高，制样耗时也较长，需要训练有素的技术人员来完成。
设计失效分析DFMEA经典案例剖析
抢占市场份额
优质的产品是企业赢得市场 份额的关键因素之一。通过 DFMEA分析优化产品设计， 可以提高产品的竞争力，帮
助企业抢占市场份额。
增加企业收益
提高产品质量、降低生产成 本和增强市场竞争力都可以 为企业带来更多的收益。
07
总结与展望
DFMEA应用现状及挑战
01
应用现状
02 广泛应用于产品设计阶段，以预防潜在的设计缺 陷。
根据风险等级划分结果，优先处 理高风险失效模式，制定相应的 改进措施。
02
改进措施实施与验 证
实施改进措施后，对产品进行重 新评估，确保改进措施的有效性。
03Βιβλιοθήκη 持续改进在产品生命周期中持续进行 DFMEA分析，不断优化产品设 计，提高产品质量和可靠性。
03
经典案例一：汽车零部件设计 失效分析
案例背景介绍
改进措施实施及效果验证
改进措施
针对识别出的失效模式和原因，采取了相应的改进措施，如优化散热设计、改进电源管理模块、修复软件编码错误和 内存泄漏等。
效果验证
在实施改进措施后，对设备进行了重新测试和验证。结果显示，电池温度明显降低，屏幕闪烁问题得到解决，应用程 序运行稳定且不再崩溃。
经验教训
该案例表明，在设计阶段充分考虑潜在失效模式和影响至关重要。通过DFMEA等方法进行预防性分析， 可以及早发现并解决潜在问题，提高产品的可靠性和安全性。同时，持续改进和优化设计也是提升产品 质量和用户满意度的关键所在。
探测度评估
评估现有控制措施在多大程度上能够探测到失效模式的发生。
风险优先数计算
计算风险优先数（RPN）
将严重度、频度、探测度的评估结果相乘，得到每种失效模式的风险优先数。
优质的产品是企业赢得市场 份额的关键因素之一。通过 DFMEA分析优化产品设计， 可以提高产品的竞争力，帮
助企业抢占市场份额。
增加企业收益
提高产品质量、降低生产成 本和增强市场竞争力都可以 为企业带来更多的收益。
07
总结与展望
DFMEA应用现状及挑战
01
应用现状
02 广泛应用于产品设计阶段，以预防潜在的设计缺 陷。
根据风险等级划分结果，优先处 理高风险失效模式，制定相应的 改进措施。
02
改进措施实施与验 证
实施改进措施后，对产品进行重 新评估，确保改进措施的有效性。
03Βιβλιοθήκη 持续改进在产品生命周期中持续进行 DFMEA分析，不断优化产品设 计，提高产品质量和可靠性。
03
经典案例一：汽车零部件设计 失效分析
案例背景介绍
改进措施实施及效果验证
改进措施
针对识别出的失效模式和原因，采取了相应的改进措施，如优化散热设计、改进电源管理模块、修复软件编码错误和 内存泄漏等。
效果验证
在实施改进措施后，对设备进行了重新测试和验证。结果显示，电池温度明显降低，屏幕闪烁问题得到解决，应用程 序运行稳定且不再崩溃。
经验教训
该案例表明，在设计阶段充分考虑潜在失效模式和影响至关重要。通过DFMEA等方法进行预防性分析， 可以及早发现并解决潜在问题，提高产品的可靠性和安全性。同时，持续改进和优化设计也是提升产品 质量和用户满意度的关键所在。
探测度评估
评估现有控制措施在多大程度上能够探测到失效模式的发生。
风险优先数计算
计算风险优先数（RPN）
将严重度、频度、探测度的评估结果相乘，得到每种失效模式的风险优先数。
集成电路失效分析及案例分享
G O A
Vcom 8
Vcom 9 Vcom 10
Rx
TFT-LCD结构分析
ITO (Rx)
ITO Dummy
Half pitch ITO(Rx)
TFT-LCD模组结构厚度
LC Gap
LTPS TFT
Al LTPS Gate
V pixel ITO
Al to LTPS contact
V pixel ITO
3D X-Ray应用介绍-Wire Bonding
• • • •
•
IC 整体观察 裂键观察 楔键倾斜观察 最大倍率自上到下楔形键合金属 线的观察 堆叠芯片的观察
3D X-Ray应用介绍-焊接检查
• • • 自动计算芯片贴敷孔隙率 手动和自动区域检测 通过/失败的信息提示
3D X-Ray应用介绍-元器件、PCBA及IC Package
×
0.1 ~ 1 at.% 2 ~ 10nm 10µ m
×
ppm 3nm 10mm
×
0.1 ~ 1 at.% 0.5µ m 0.3µ m
×
0.1 ~ 1 at.% 1um~3um 10 ~ 100µ m
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-~ 10nm < 1nm
×
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×
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Mapping
NDT
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电性失效分析
元器件2维图像 元器件3维重构 多层板的横截面
3D X-Ray应用介绍-Chip Level
3D X-Ray应用介绍-LED
Measurement
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烟硝酸＝1：2，温度60度，两分钟可适度腐蚀炭化塑封材料。或 49％HF，1.5分钟可完全清除，但也会去除金属。剩下的为Si。可见Si也 有损伤。可见是过电应力的损伤。过热是EOS的主要损伤。 结论见 案例分析之P3。
―>降温使用,使用标称温度（85 105 125度－1000h）高的电容；经常通电。
度法则――温度每升高10度，寿命缩短目前的一半。反之加倍。
电容――易被过电烧毁。 电路串联电阻（每V，3欧姆）美军标。
层陶瓷电容（多层使电容大）――
外因：再流焊使PCB变形，引起，而导致漏电流增大。 内因：银迁移引起边缘漏电和介质内部漏电――杂质，受潮－电解反
A B 1.5K
图示仪 DVT
100PF （5V－4。5V）/5V＝10％ 。先打到A充电，，再打回B放电，模拟人放电。DVT为被测 设备。
打静电不能作为筛选，筛选为所有产品的测试。打静电只是 部分的测试，而且静电会导致产品的老化，有不可靠性。 案例：
●打开封装 聚焦离子束技术―――物理作用：抛切，修改电路（可在芯片
塑封器件 烘烤效果好 当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂 质
失效机理 环境应力： 温度 温度过低易使焊锡脆化 而导致焊点脱落。 ， 2． 失效机理的内容 I失效模式与环境应力的关系 任何产品都有一定的应力。
a当应力>强度 就会失效 如过电/静电： 外加电压超过产品本身的额定值会失效 b应力与时间 应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生 故：如何增强强度&减少应力 能延长产品的寿命 c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命 特性随时间存在变化 e机械应力 如主板受热变形对零件的应力 认为用力 塑封的抗振动好应力好 陶瓷的差。 f重复应力 如：冷热冲击是很好的零件筛选方法 重复应力易导致产品老化，存在不可靠性 故使用其器件：不要过载；温湿度要适当
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 根据失效发生的时期：早期，随机（如维修过程中导致），磨 损
具体见文档：其中：随即失效的突发性可为静电，瞬间大电 流即过电
电测并确定失效模式――非正式测试 用得最多的为连接测试：用万用表测量各管脚
热压焊：焊接温度300度。时间控制不当，导致的 科可德可空洞（金铝互相扩散，应铝扩散快于金，故 产生BondingPad的铝流向金键，而产生空洞），从而 导致：导电性差，易脱落。 超声焊(通过振动实现)
受潮也会导致引线键合失效。应受潮铝被腐蚀，使 铝与Si脱落 b) 水汽和离子沾污的失效分析和方法 表面&内部受潮：烘烤或开封清洗
II如何做失效分析 例：一个EPROM在使用后不能读写
1) 先不要相信委托人的话，一定要复判。 2) 快始失效分析： 取NG&OK品，DataSheet， 查找 电源断 地 开始测试 首先做待机电流测试（IV测试）
电源对地的待机电流下降 开封发现 电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热 快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电 阻，电流减小。 原因：闩锁效应 应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验－>测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好，至少要大于datasheet或 近似良品的值在标准范围内的。看维持电压（第二个拐点的电 压），若大于标准值，则很难回到原值。若多片良品抽测都OK， 说明使用者使用不当导致。 改善措施：改善供电，加保护电路。
电子元器件失效分析技术与案例 费庆学 二站开始使用电子器件 当时电子元器件的寿命20h. American from 1959 开始：1。可靠性评价，预估产品寿命 2。可靠性增 长。不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。 通过恶裂环境的试 验。通过改进提高寿命。―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例 b.可靠数学 第一部分：电子元器件失效分析技术（方法）
1． 失效分析的基本的概念和一般程序。 A 定义： 对电子元器件的失效的原因的诊断过程 b.目的：0000000 c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测 的形式取得 d．失效机理：失效的物理化学根源 ――》失效的原因
1）开路的可能失效机理 日本的失效机理分类：变形 变质 外来异物
应， 继电器
问题：触点飞弧放电粘结 键合点外围回路有线圈，线圈产生大的电动势时，且当键间有水
气，会发生触点飞弧放电，而粘结。
连接器 卡合；被氧化
电路板 离子迁移 最易发生的是两条线间的短路。当线间有水份和杂质，通电后就使
离子通电，短路。――可取短路物质的成份（能谱分析：E＝h.1/ λ=hL）溴能加速离子的运动，存在于助焊济中。
零件分析： 外观：是否颜色变深，变深则很可能为EOS 反射式扫描声学显微象：被烧的会被炭化。有阴影的为炭化。 腐蚀开封：被炭化的塑封部分是无法的腐蚀。 X－Ray看键合点：看是否有断裂（受热和机械应力）过电引起金属
热电迁移&金铝化合（非键合点不能有金，有金则说明有过热） 另：静电试验不会有过热，不会有炭化。而EOS有。浓硫酸：发
III失效分析技术的延伸 失效分析的关键是打开样品
进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨别尺寸
的大小），受应力越小。版本过新的产品也有可能存在可靠性问 题。可能存在设计的问题。 良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径
破坏性物理分析（DPA）：失效前的物理分析 VI失效分析的一般程序 ●收集失效现场数据：
N P
Si片上加SiO2 ，在其上挖洞 反之，端口电流增大，有短路
●非破坏检查――如X-Ray，反射式扫描声学显微镜
●模拟失效分析技术―――历史重演 定义：通过比较模拟试验引起的失效现象与现场失效现象，确定能够
失效原因的技术。 种类：高温储存，潮热，高低温循环，静电放电，过电试验，门 闩试验等。
绝缘体间摩擦会产生静电，人带静电没有接地相当于带电绝 缘体。当接近零件时，放电。
高温储存&反偏试验 看是否存在可恢复来判断 c) EOS 过流引起热 烧坏线路――一般为大面积的烧毁 漏电――内部缺陷or 大电流――穿钉现象 金属热电迁移 d) ESD e) CMOS电路的闩锁效应――――保护电路同ESD保护电路 触发电流>产品本身敏感电流 触发电流越高越好 f) 金属电迁移 g) 金属电化学腐蚀
ISP（大规模可编程集成电路）端口过电应力损伤例： 不良：输出特性不随输入特性变化
（模拟的数据准确）万用表量正(看是否开)反向(是否漏 电&短路)电阻： 电源与地 正反向电阻 其他端子与地 正反向电阻 端子对电源 正反向电阻 例 R1------OL 完全开路 或 电流为0
R2------偏大 部分开路 或 电流偏小 R3------偏大 部分开路 或 电流偏小 OK-----0
第二部分 半导体器件失效机理分析方法和纠正措施 塑封失效机理 内因：封装NG，好的塑胶封装不应出现断层。
原因：a长期暴露潮湿环境，受热后，水气膨胀，而分层。――实 例：爆米花现象
b.机械应力－变形&压焊点脱落 c.漏电流变化或开路 对策：改善储存条件；
装配前烘烤； 控制工艺避免分层：
控制电路板焊接工艺； a) 引线键合失效 键合有：
上直接修改芯片） 用途见教材P14。
●镜检 通电并进行失效定位（查找发光部位－漏电部位（电流大）：用 光反射放大镜――正常发光）
●对失效部位进行物理化学分析，确定失效机理 焊接失效： 焊接性 由 a浸润性（材料； 薄膜（水，氧化物，油）；角度 （<60度））
b合金化强度：焊接的时间和温度 c形变：自身形变&外力 芯片的钝化层为绝缘层 炭化的SiO2为可导电。 二次效应：ESD使俩极放电，。。。。。。。 ● 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施
很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成 正 反向都不通为内部断开。
漏电和短路的可能的失效机理 接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁 例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电 器
局部缺陷 导致电流易集中导入 产生热 击穿（si 和 al 互熔成为合 金 合金熔点更低）
对策：避免热老化，控制温度和时间； 采用合金焊：芯片和底座两金属层间加合金， 金si合金即金中含20％Si，300度的熔点，此适 合小功率器件。较结实但易脆易断；
软焊（有缓冲，难断裂）； 软胶； 环氧树脂；
第三部分 电子元件失效机理，分析方法和纠正措施 电阻器――最容易发生的失效为：阻值增大；开路
a受潮，发生电腐蚀（金属原子－>金属离子）－》一端变窄，过 载，烧断。
纯水不会发生电解，掺有离子的水会发生电解反应 b.过电应力 电容
电解电容－用于电源滤波，一旦短路，后果严重。用于低频电 路。
容值大（频率越高，容值越小），寿命短；漏液使电容减 少；大电流烧坏电极而短路放电；电源反接产生大电流烧坏 电极，阴极氧化使绝缘膜增厚，导致电容下降；长期放置不 通电，阳极氧化膜不断脱落不能及时修补，漏电电流增大， 可加直流点一段时间使之修复。
原子由阳极向阴极移动，使离子留在两个电极间－金 虚－常见的电阻，电容，电路板易发生此现象 h)金属－半导体接触失效
不要过电；工艺控制；设计变更（追加隔离层） h) 芯片沾接失效（芯片断裂－膨胀系数差异导致；形变；
引线键合力度过大；封装后打印编号力度过大；Si&Al合 金化过程过渡，Al深入过多Si，使局部发生厚薄度差异， 使应力产生差异，而导致；）
―>降温使用,使用标称温度（85 105 125度－1000h）高的电容；经常通电。
度法则――温度每升高10度，寿命缩短目前的一半。反之加倍。
电容――易被过电烧毁。 电路串联电阻（每V，3欧姆）美军标。
层陶瓷电容（多层使电容大）――
外因：再流焊使PCB变形，引起，而导致漏电流增大。 内因：银迁移引起边缘漏电和介质内部漏电――杂质，受潮－电解反
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图示仪 DVT
100PF （5V－4。5V）/5V＝10％ 。先打到A充电，，再打回B放电，模拟人放电。DVT为被测 设备。
打静电不能作为筛选，筛选为所有产品的测试。打静电只是 部分的测试，而且静电会导致产品的老化，有不可靠性。 案例：
●打开封装 聚焦离子束技术―――物理作用：抛切，修改电路（可在芯片
塑封器件 烘烤效果好 当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂 质
失效机理 环境应力： 温度 温度过低易使焊锡脆化 而导致焊点脱落。 ， 2． 失效机理的内容 I失效模式与环境应力的关系 任何产品都有一定的应力。
a当应力>强度 就会失效 如过电/静电： 外加电压超过产品本身的额定值会失效 b应力与时间 应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生 故：如何增强强度&减少应力 能延长产品的寿命 c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命 特性随时间存在变化 e机械应力 如主板受热变形对零件的应力 认为用力 塑封的抗振动好应力好 陶瓷的差。 f重复应力 如：冷热冲击是很好的零件筛选方法 重复应力易导致产品老化，存在不可靠性 故使用其器件：不要过载；温湿度要适当
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 根据失效发生的时期：早期，随机（如维修过程中导致），磨 损
具体见文档：其中：随即失效的突发性可为静电，瞬间大电 流即过电
电测并确定失效模式――非正式测试 用得最多的为连接测试：用万用表测量各管脚
热压焊：焊接温度300度。时间控制不当，导致的 科可德可空洞（金铝互相扩散，应铝扩散快于金，故 产生BondingPad的铝流向金键，而产生空洞），从而 导致：导电性差，易脱落。 超声焊(通过振动实现)
受潮也会导致引线键合失效。应受潮铝被腐蚀，使 铝与Si脱落 b) 水汽和离子沾污的失效分析和方法 表面&内部受潮：烘烤或开封清洗
II如何做失效分析 例：一个EPROM在使用后不能读写
1) 先不要相信委托人的话，一定要复判。 2) 快始失效分析： 取NG&OK品，DataSheet， 查找 电源断 地 开始测试 首先做待机电流测试（IV测试）
电源对地的待机电流下降 开封发现 电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热 快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电 阻，电流减小。 原因：闩锁效应 应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验－>测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好，至少要大于datasheet或 近似良品的值在标准范围内的。看维持电压（第二个拐点的电 压），若大于标准值，则很难回到原值。若多片良品抽测都OK， 说明使用者使用不当导致。 改善措施：改善供电，加保护电路。
电子元器件失效分析技术与案例 费庆学 二站开始使用电子器件 当时电子元器件的寿命20h. American from 1959 开始：1。可靠性评价，预估产品寿命 2。可靠性增 长。不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。 通过恶裂环境的试 验。通过改进提高寿命。―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例 b.可靠数学 第一部分：电子元器件失效分析技术（方法）
1． 失效分析的基本的概念和一般程序。 A 定义： 对电子元器件的失效的原因的诊断过程 b.目的：0000000 c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测 的形式取得 d．失效机理：失效的物理化学根源 ――》失效的原因
1）开路的可能失效机理 日本的失效机理分类：变形 变质 外来异物
应， 继电器
问题：触点飞弧放电粘结 键合点外围回路有线圈，线圈产生大的电动势时，且当键间有水
气，会发生触点飞弧放电，而粘结。
连接器 卡合；被氧化
电路板 离子迁移 最易发生的是两条线间的短路。当线间有水份和杂质，通电后就使
离子通电，短路。――可取短路物质的成份（能谱分析：E＝h.1/ λ=hL）溴能加速离子的运动，存在于助焊济中。
零件分析： 外观：是否颜色变深，变深则很可能为EOS 反射式扫描声学显微象：被烧的会被炭化。有阴影的为炭化。 腐蚀开封：被炭化的塑封部分是无法的腐蚀。 X－Ray看键合点：看是否有断裂（受热和机械应力）过电引起金属
热电迁移&金铝化合（非键合点不能有金，有金则说明有过热） 另：静电试验不会有过热，不会有炭化。而EOS有。浓硫酸：发
III失效分析技术的延伸 失效分析的关键是打开样品
进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨别尺寸
的大小），受应力越小。版本过新的产品也有可能存在可靠性问 题。可能存在设计的问题。 良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径
破坏性物理分析（DPA）：失效前的物理分析 VI失效分析的一般程序 ●收集失效现场数据：
N P
Si片上加SiO2 ，在其上挖洞 反之，端口电流增大，有短路
●非破坏检查――如X-Ray，反射式扫描声学显微镜
●模拟失效分析技术―――历史重演 定义：通过比较模拟试验引起的失效现象与现场失效现象，确定能够
失效原因的技术。 种类：高温储存，潮热，高低温循环，静电放电，过电试验，门 闩试验等。
绝缘体间摩擦会产生静电，人带静电没有接地相当于带电绝 缘体。当接近零件时，放电。
高温储存&反偏试验 看是否存在可恢复来判断 c) EOS 过流引起热 烧坏线路――一般为大面积的烧毁 漏电――内部缺陷or 大电流――穿钉现象 金属热电迁移 d) ESD e) CMOS电路的闩锁效应――――保护电路同ESD保护电路 触发电流>产品本身敏感电流 触发电流越高越好 f) 金属电迁移 g) 金属电化学腐蚀
ISP（大规模可编程集成电路）端口过电应力损伤例： 不良：输出特性不随输入特性变化
（模拟的数据准确）万用表量正(看是否开)反向(是否漏 电&短路)电阻： 电源与地 正反向电阻 其他端子与地 正反向电阻 端子对电源 正反向电阻 例 R1------OL 完全开路 或 电流为0
R2------偏大 部分开路 或 电流偏小 R3------偏大 部分开路 或 电流偏小 OK-----0
第二部分 半导体器件失效机理分析方法和纠正措施 塑封失效机理 内因：封装NG，好的塑胶封装不应出现断层。
原因：a长期暴露潮湿环境，受热后，水气膨胀，而分层。――实 例：爆米花现象
b.机械应力－变形&压焊点脱落 c.漏电流变化或开路 对策：改善储存条件；
装配前烘烤； 控制工艺避免分层：
控制电路板焊接工艺； a) 引线键合失效 键合有：
上直接修改芯片） 用途见教材P14。
●镜检 通电并进行失效定位（查找发光部位－漏电部位（电流大）：用 光反射放大镜――正常发光）
●对失效部位进行物理化学分析，确定失效机理 焊接失效： 焊接性 由 a浸润性（材料； 薄膜（水，氧化物，油）；角度 （<60度））
b合金化强度：焊接的时间和温度 c形变：自身形变&外力 芯片的钝化层为绝缘层 炭化的SiO2为可导电。 二次效应：ESD使俩极放电，。。。。。。。 ● 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施
很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成 正 反向都不通为内部断开。
漏电和短路的可能的失效机理 接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁 例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电 器
局部缺陷 导致电流易集中导入 产生热 击穿（si 和 al 互熔成为合 金 合金熔点更低）
对策：避免热老化，控制温度和时间； 采用合金焊：芯片和底座两金属层间加合金， 金si合金即金中含20％Si，300度的熔点，此适 合小功率器件。较结实但易脆易断；
软焊（有缓冲，难断裂）； 软胶； 环氧树脂；
第三部分 电子元件失效机理，分析方法和纠正措施 电阻器――最容易发生的失效为：阻值增大；开路
a受潮，发生电腐蚀（金属原子－>金属离子）－》一端变窄，过 载，烧断。
纯水不会发生电解，掺有离子的水会发生电解反应 b.过电应力 电容
电解电容－用于电源滤波，一旦短路，后果严重。用于低频电 路。
容值大（频率越高，容值越小），寿命短；漏液使电容减 少；大电流烧坏电极而短路放电；电源反接产生大电流烧坏 电极，阴极氧化使绝缘膜增厚，导致电容下降；长期放置不 通电，阳极氧化膜不断脱落不能及时修补，漏电电流增大， 可加直流点一段时间使之修复。
原子由阳极向阴极移动，使离子留在两个电极间－金 虚－常见的电阻，电容，电路板易发生此现象 h)金属－半导体接触失效
不要过电；工艺控制；设计变更（追加隔离层） h) 芯片沾接失效（芯片断裂－膨胀系数差异导致；形变；
引线键合力度过大；封装后打印编号力度过大；Si&Al合 金化过程过渡，Al深入过多Si，使局部发生厚薄度差异， 使应力产生差异，而导致；）