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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。
芯⽚钝化层损伤导致失效案例芯⽚钝化层损伤导致失效案例Failure Caused by Damage in the Die Glassivation中国赛宝——何胜宗摘要由于划⽚、装⽚、键合以及注塑成型等⼀系列过程，可能会对器件芯⽚带来污染、机械划伤等损伤，⽐较严重的损伤可能不仅使芯⽚表⾯玻璃钝化层破损，⽽且会未伤及内部⾦属化结构。
器件出⼚前测试往往不能全部将其剔除掉，这给后续使⽤带来漏电的风险，对产品的可靠性带来极⼤威胁。
本案例给出由于芯⽚玻璃钝化层损伤导致器件漏电失效的案例。
关键词铜丝器件、键合不良、可靠性评价案例正⽂1、案例背景产品出⼚后不到⼀年时间，出现不⼯作现象。
经检查发现其中⼀只三极管集电极和发射极之间存在异常漏电。
产品故障⽐例约为200ppm左右。
2、分析⽅法简述在故障板上测试样品三极管CE极之间确实存在漏电超标现象，⽤酒精清洗电路板表⾯后测试仍然存在漏电现象，判断漏电通道位于器件内部。
将部分拆卸下来的三极管进⾏125℃⾼温烘烤，发现漏电流明显下降，甚⾄出现恢复正常现象，但再次进⾏潮热试验时⽆法复现漏电现象。
化学⽅法开封多个样品内部芯⽚均可见机械损伤形貌，损伤处玻璃钝化层破损，⾦属化也可见损伤。
芯⽚开封后烘烤再测试，部分样品的漏电现象消失。
3、结果与讨论漏电导致器件失效的⽐例⽐较⼤，通常的做法是在尽量减⼩对现场破坏的情况下对漏电的部位和可能的原因进⾏排除。
本案例中在开封后的芯⽚表⾯观察到明显机械性损伤形貌，根据损伤形貌特征判断是注塑料中⽯英砂颗粒对芯⽚产⽣的挤压作⽤导致的。
这种⽐较轻微的损伤通常是在潮汽侵⼊到芯⽚表⾯后逐渐引起漏电⽽导致失效。
4、效益器件在封装前后尽量掌握好⼯艺，避免引⼊芯⽚表⾯机械性损伤、污染等可能导致器件在后续使⽤过程中失效的因素。
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。
中国赛宝-锡⼿指发⿊失效案例锡⼿指发⿊失效案例A Failure Analysis Case for Nigrescence of Sn Finger*************摘要PCB锡⼿指表⾯处理为HASL，完成焊接并组装为成品使⽤后出现表⾯发⿊的现象。
通过外观分析、切⽚⾦相分析等⼀系列⼿段，确定了失效发⽣的根本原因。
关键词发⿊离⼦残留迁移案例正⽂1、案例背景PCB锡⼿指表⾯处理为HASL，完成焊接并组装为成品使⽤后出现表⾯发⿊的现象。
委托单位提出怀疑与锡厚相关。
2、分析⽅法简述失效样品波峰焊起始⾯（失效⾯）⼿指的锡层多处完全合⾦化，锡层较厚处4.1-4.9µm；⽽波峰焊终⽌⾯的锡层未见合⾦化完全的现象，较厚处达到29µm；样品发⿊的锡⼿指上普遍可见铅相的析出/富集，除了碳、氧元素含量较⾼，还都检测出了氯和溴元素；PCB光板的锡⼿指表⾯未见明显异常，⾦相结构匀称；离⼦⾊谱分析结果显⽰：样品发⿊区域有⼀定量的离⼦残留，尤其是Cl－、Br－和SO42-浓度偏⾼，⽽样品PCB光板相同区域表⾯离⼦浓度则很低。
因失效具备位置效应，根据委托单位提供的信息及焊接⼯艺流程来看，排除了PCB在HASL⼯艺中的残留，这些离⼦的来源应为波峰焊接的助焊剂残留。
3、结果与讨论锡⼿指表⾯发⿊是由于波峰焊接的离⼦残留诱发了电化学反应，导致铅相析出以及锡镀层氧化；镀层较薄处锡已经完全合⾦化。
在实际情况当中，电化学反应/电迁移与助焊剂残留物的腐蚀性及潮湿环境有着直接的关系，⽽镀层较薄处产⽣的不良现象更加明显。
⼯信部电⼦五所/中国赛宝实验室⼏⼤优势：⼀、作为中国第⼀所的可靠性研究所，成⽴于1955年，技术条件成熟。
⼆、直属于⼯信部，是正厅级单位，实验室管控严格，绝不弄虚做假，报告信誉度、认可度很⾼。
三、实验室资质齐全，拥有国家实验室资质（CNAS），中国计量认证（CMA），中国3C强制检测指定实验室，国防科技⼯业认可实验室（DILAC）(海军定点实验室、陆军定点实验室、空军定点实验室、⽕箭军定点实验室、）等多项国家级认证。
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心案例一：1产品名称：单片机MD87C51/B2商标：Intel3分析依据：MIL-STD-883E 微电子器件试验方法和程序微电路的失效分析程序MIL-STD-883E 方法2010 内部目检（单片电路）4样品数量及编号：失效样品1＃～6＃，良品7＃～12＃5样品概述及失效背景：MD87C51/B是一高速CMOS单片机。
委托方一共提供四种批次的此类样品。
1＃、5＃、10＃、11＃、12＃属9724 批次，其中1＃样品已做过二次筛选和环境应力试验，是在整机测试过程中失效，5＃样品在第一次通电工作不正常，须断电后重新通电可以正常工作，10＃～12＃样品是良品；2＃、3＃、4＃样品属9731 批次，这三个样品在第一次上机时便无法写入程序，多次长时间擦除，内容显示为空，但仍不能写入；6＃样品属9931 批次，失效情况同5＃样品；7＃～9＃样品属9713 批次，为良品。
6分析仪器7 分析过程1）样品外观分析：1＃～6＃进行外目检均未发生异常；2）编程器读写试验：能对坏品进行内部程序存储器读取，但无法完成写操作，良品读写操作均正常；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。
TVS管失效原因分析郭远东;李雪玲【摘要】TVS管是一种常见的浪涌抑制器件，但如果使用不当容易损坏。
本文从大量的调查研究中，选取几个典型的TVS管失效案例，详细分析失效原因，并将这些原因进行总结，提出有效的整改办法。
%TVS is a common surge protection device but easily be damaged if improperly used. In this paper, based on a lot of researches, we select several typical TVS failure cases, and do detailed analysis on failure cause, and summarize these reasons, and put forward effective corrective measures.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】4页(P21-24)【关键词】浪涌(冲击);浪涌抑制元件;TVS管;失效模式;脉冲功率;钳位【作者】郭远东;李雪玲【作者单位】赛宝质量安全检测中心，广州 510610;赛宝质量安全检测中心，广州 510610【正文语种】中文【中图分类】TN609前言TVS管是一种常见的浪涌抑制元件，它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小，及钳位电压容易控制等多个优点。
TVS管进行浪涌抑制的原理是：当它受到反向高能量冲击时，它能以极快的速度（可达10-12 s级），将其两极间的阻抗由高变低，使两极间的电压钳位于可接受的范围，从而有效的保护电子设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害。
目前TVS管已广泛应用于家用电器、电子仪表、通讯设备、电源、计算机系统等各个领域。
但是在实际应用中，许多企业反映：产品中使用的TVS管未能起到应有的保护作用，并且在使用中TVS管比较容易损坏。
MCU主控芯片的热学可靠性与失效分析许卓然发布时间：2022-03-16T11:23:32.182Z 来源：《中国科技信息》2021年11月下作者：许卓然[导读] 本文主要通过建立国产和进口MCU主控芯片的热阻网路模型，并利用电学法进行验证。
安徽赛宝工业技术研究院有限公司许卓然 230088摘要：本文主要通过建立国产和进口MCU主控芯片的热阻网路模型，并利用电学法进行验证，对MCU主控芯片的内部温度场分布和热阻变化进行了分析，重点分析了仿真与测试偏差的原因。
为MCU主控芯片的热学可靠性分析和设计奠定了理论基础和数据支持，同时也给失效分析水平带来了理论依据。
关键词：主控芯片；热学可靠性；失效分析；MCU；近些年来，在信息技术和科学技术的快速发展下，也在一定程度上推动了集成电路技术的发展，而人们对芯片的要求也有了更高的要求，尤其是对芯片的功能性、高频性和高功耗的芯片需求量越来越多，当然可靠性也是很重要的需求。
就目前来看，芯片失效的主要原因之一就是热失效，在环境温度的持续增高下，芯片的内部热量无法及时传递出来，所以芯片内部温度持续增高电流放大，最终导致元件失去功效。
通过调查和统计，电子元器件由于温度失效的情况高达一半以上，因此需要我们重视和分析。
其中热学物理模型计算成为了半导体元器件可靠性和失效分析的重要内容。
一、MCU物理模型建立和分析（一）MCU主控芯片的有限元模型建立对于MCU主控芯片散热设计的时候，主要考虑的两个热性能参数氧化物结点区的工作温度（结温），即T和热阻Rn。
其中热阻R是指物体散热的能力，对于芯片来说，它的散热方法主要是利用热传导来实现，热量通过芯片烧结材料传递到外壳或者是芯片基底，并传递到周围的环境中，实现散热目的[1]。
为此，我们可以根据MCU主控芯片的结构建立热阻网络模型，如图一所示：本文所采用的是ANSYS有限元分析软件对电阻网络模型展开计算，实现仿真模拟流程。
在此过程中，主要包括以下内容：即物理模型建立、相应的参数设置问题、网格划分、模拟计算和结果等等。
BGA 封装的焊点失效分析张浩敏1,2,李晓倩1,2,张旭武1,2,李鹏1,3(1.工业和信息化部电子第五研究所,广东广州510610;2.宁波赛宝信息产业技术研究院有限公司,浙江宁波315040;3.工业和信息化部电子第五研究所华东分所,江苏苏州215011)摘要:针对BGA 封装中产生的PCB 焊盘坑裂,利用X 射线扫描、染色渗透、金相分析、扫描电镜和热分析等方法对其失效原因进行了分析。
结果表明:由于失效品器件PCB 焊盘的热膨胀系数不匹配,导致PCB 基材受到的热应力过大,最终导致PCB 焊盘坑裂。
关键词:球栅阵列封装;焊盘坑裂;热应力;失效分析中图分类号:TN 41文献标志码:A文章编号:1672-5468(2021)01-0032-07doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2021.01.007Solder Joint Failure Analysis of BGA PackageZHANG Haomin 1,2,LI Xiaoqian 1,2,ZHANG Xuwu 1,2,LI Peng 1,3(1.CEPREI ,Guangzhou 510610,China ;2.Ningbo CEPREI Information Industry Technology Research Institute Co.,Ltd.,Ningbo 315040,China ;3.CEPREI-EAST ,Suzhou 215011,China )Abstract :In view of the PCB craters generated in BGA packaging ,the reasons for its failureare analyzed by X -ray scanning ,dyee penetration ,metallographic analysis ,scanning electron microscopy and thermal analysis.The results show that due to the mismatch of the coefficient of thermal expansion of the failed device PCB pad ,the PCB substrate is subjected to excessivethermal stress ,which eventually leads to the PCB pad cracking .Keywords :BGA package ;pad crack ;thermal stress ;failure analysis收稿日期:2020-05-11作者简介:张浩敏(1988-),男,安徽池州人,工业和信息化部电子第五研究所、宁波赛宝信息产业技术研究院有限公司工程师,主要从事电子元器件分析测试工作。
