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失效分析技术(赛宝)

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无铅制造(可靠性)

无铅制造(可靠性)


n
Electrochemical Migration电化学迁移 Corrosion 腐蚀 Insulation resistance 绝缘电阻下降
n n
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1.1 焊点基本作用－互联
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n n n
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2.1 可靠性试验的基本内容
根据焊点的主要失效模式与可能遇到的环境 应力来确定：
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1.2 可靠性的基本概念（2）
n n
n
n
失效--丧失功能或降低到不能满足规定的要求。 失效模式--失效现象的表现形式，与产生原因无关。 如开路、短路、参数漂移、不稳定等 失效机理--失效模式的物理化学变化过程，并对导致 失效的物理化学变化提供了解释。如电迁移开路、银 电化学迁移短路。工程上，有时会把失效原因说成是 失效机理。 应力—驱动产品完成功能所需的动力和加在产品上的 环境条件（如温度、湿度、电压、振动。。。 等） 。是产品退化的诱因。
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失效模式及影响分析

失效模式及影响分析


危 害 度 Cr
D
E Ⅳ Ⅲ Ⅱ 严酷度类别 Ⅰ
FMEA类型

设计FMEA（DFMEA）
设计工程师/小组采用的，充分考虑并确定设计阶 段的各种失效模式及相关机理。

过程FMEA（PFMEA）
制造、装配工程师/小组采用的，充分考虑并确定 过程阶段的各种失效模式及相关机理。
DFMEA
DFMEA面向的用户
推动实施FMEA
为什么要实施FMEA（Why？） 实施FMEA的时机（When？） 如何实施FMEA（How？）

为什么要实施FMEA(Why)
实施“预防措施”而非“纠正措施” 增加可探测的几率 确定最严酷的失效并降低其影响 降低失效的发生 将质量、可靠性引入产品设计和制造过 程

FMEA的三个核心元素
失效模式－指产品失效的表现形式。 失效影响－指失效模式会造成对安全性、产品功能的影 响。 (严酷度－某种失效模式影响的严重程度。) 失效原因(失效机理)－使产品发生失效的根本原因。

FMEA的历史发展
50年代初美国第一次将FMEA思想用于战斗机操作系统 的设计分析； 60年代中期，FMEA应用于航天工业(Apollo计划)； 80年代初，FMEA进入微电子工业； 80年度中期，汽车工业开始应用FMEA； 88年，美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统 的设计及分析都必须使FMEA； 91年，ISO－9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计； 94年，FMEA成为QS－9000的认证要求。 “潜在失效模式及后果分析（FMEA）”（2002年 第三版）是美国三大汽车公司推出的汽车零组件生产 和所属供应商的强制性要求。
β β
j j
＝1
赛宝电子元器件失效分析 第二讲

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。

失效分析技术(赛宝)

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

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
失效分析技术

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(赛宝)


23
10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
• 缺陷
芯片粘接空洞
陶瓷基板与金属管 座粘接空洞
24
10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
• 内部结构
从侧视图发现焊球脱开
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY • 小结
快速、直观、无损 观察效果与被观测物对象的密度、厚度有关 小缺陷(裂纹、孔洞)比较困难 深度分析困难 无法观察器件内部界面分层
二、失效分析的作用-小结
14
10/19/2012
三、失效分析技术-失效分析原则
1）先非破坏性分析，后破坏性分析 2）分析过程中不能引入新的失效机理 3）先外部后内部
三、失效分析技术-失效分析程序
失效信息收集
外观检查
电测
故障模拟 失效模式确认 物理分析 X-RAY 扫描声学 应力试验
密封
开封/制样
内部气氛
10/19/2012
三、失效分析技术-电测
电测工具： LCR 网络分析仪 图示仪 高阻仪 „
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
工作原理 X 射线检测是根据样品不同部位对X射 线吸收率和透射率的不同，利用X射线 通过样品各部位衰减后的射线强度检 测样品内部缺陷的一种方法。 透过材料的X 射线强度I（x）随材料的 X 射线吸收系数u和厚度x作指数衰减： I （ x ）＝Io exp ( － u x)
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10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
X 射线衰减的程度与样品的品种、厚度、密度有关。
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
中国赛宝实验室赛宝认证中心总体介绍

中国赛宝实验室赛宝认证中心总体介绍

3பைடு நூலகம்
赛宝认证中心
CEPREI CERTIFICATION BODY
南山温泉、南山佛教 长虹、TCL、美的、金正、步步高、新科、东芝、松下、三洋、日立、三星、 LG、夏普、西门子、JVC、飞利浦、意法微电路、汤姆逊、台达电子、纬创资通、 安普、华映光电、阿尔卡特、创维、兰光科技、华东科技…… 远东联大电扶梯、山东华荣、陕西重华泵业、克拉玛依市荣昌、新汉轴承、 天源实业、江荣机械、常州美进泰克、扬州振达曲轴、上海日丰管、上海利华冷 气机、慈溪铜套、宁波格林特、宁波大众空调、余姚纺织机械、三一重工、中山 恒利电器、益安模具、约克广州空调、顺德电机…… 胜利油田、西南石油、新疆准东石油、新疆石油管理局、中石油新疆油田、 中石油青海油田、中石化（广州） 、广州乙烯、广州立图油漆、中成化工、天津 鼎塔涂料、山东潜力化工、上海奥宇涂料 广州番禺钟村职业中等专业学校、珠海美国 TPR 英语专修学校、北京应用职 业技术学校、克拉玛依技师培训学院、扬州汽车技工学校、东莞爱弥尔现代幼儿 园 大连软件园、济南高新技术创业服务中心、西安高新区、陕西招商局、新疆 生产力促进中心、云南软件园、昆明高新技术创业服务中心、桂林高新区、创智 软件园、上海浦东公证处、余姚国税局、华西村、广州高新区天河科技园、汕头 高新区、中山小榄镇城镇建设 广州优唛、联邦家私、铟琦诚家具、富临门(香港)家具、顺德恒隆家具、 顺 德优越豪庭、斯帝罗兰实业、陕西丝露花雨、聊城恒星家具、东营宝文家具 天津华拓高科技、高科(集团)新西部实业、上海唐盛投资、广州开发区创业 投资、广发银行、南方证券、中国人寿保险 北京阿尔萨客运、 天津邦克出租车、 天津光大出租车、 胜利油田运输总公司、 新疆路桥运输、新疆四运集团、克拉玛依凯通运输、克拉玛依金运、广州广骏汽 车运输集团、中山小榄运输公司、中山永安汽车运输、中山城区客货运输 天津开发区报关行、连云港陇海铁路物资、连云港兰德国际货运、连云港中 铁外服、亚欧大陆桥国际商运、新疆通联实业、广州轻出集团、广东机械进出口 公司、广州邮政物流、新络物流 天津中改物业、威海火炬开发区物业、上海嘉城物业、上海沪江物业、上海 圣维仕物业、西安高新枫叶物业、西安高新区房地产、西安新兴房地产、新疆宏 大物业、云南志城房地产、广州城镇物业、TCL 物业、广州创雅物业、兴业房地 产、粤垦房地产、燕塘物业、洛溪新城地产 太原铁路分局介休铁路医院、扬州市第一人民医院、新疆准东勘探开发公司 职工医院、克拉玛依市中心医院、海南妇产科医院 红牛维他命、洛阳百味、金健米业、珠海溢多利、广东恒兴、百事可乐 孔翎羽绒、上海金裕、康源印染、柏仙多格服饰、中山健豪、中山名骏 TOSHIBA. SEIKO. MITSUBISHI. LG. MATSUSHITA. PANASONIC. SAMSUNG. FOXCONN. GM. DAEWOO. SHARP. MOTOROLA. GE. JVC. PHILIPS. DELTA. YAZAKI. SANYO. HITACHI. YORK. NORTEL. SGS-THOMSON. ALCOTEL. THOMSON. EPSON. FUJITSU. PEPSI……
TVS管失效原因分析

TVS管失效原因分析

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。

BGA焊接失效分析报告完整版

BGA焊接失效分析报告完整版

分析报告样品名称：P C B A(手机主板)型号规格：C389检测类别：委托分析委托单位：××××通信有限公司中国赛宝实验室可靠性研究分析中心PCBA 分析报告合同号：FX044- 1014 第2页共 14 页分析报告所送样品包括三片 PCBA （手机主板）、四片相应的空白 PCB 以及工艺过程中使 用的CPU 器件和焊锡膏，PCBA （手机主板）的型号为C389,样品的外观照片见图1焊锡膏空白 PCBCPUFlashCPU 器件二 分析过程2.1 外观检查图 1 样品的外观照片用立体显 微 镜对空白 PC B 和 BGA 器 件 进 行 外观 检 测，发现 BGA 器件的焊 球大小均匀一 致，共面 性良好（见图 2 和 图 3）；空白 PC B 焊 盘表面存在一些坑 洼点（见图 4 和图 5）， 除 此 之外未 观 察 到 明 显的 异 常。

图 2 CPU 器件中 BGA 焊球的外观照片 图 3 CPU 器件中 BGA 焊球的局部外观照片坑洼点图 4 PCB板中CPU焊盘的外观照片图 5 PCB板中Flash的外观照片2.2 X-RAY检测为了对焊点的内部状况进行检测，采用 X 射线系统对焊点质量进行无损检测，（X-Ray 的照片见图 6 至图9），由照片可观察得出 BGA 焊点大小均匀一致，除发现焊点内部存在少量空洞外，未发现焊球错位，焊料熔融不完全以及桥连等明显焊接缺陷。

图 6 CPU焊点的X－ray典型照片图7 Flash焊点的X－ray典型照片图8倾斜后观察到的CP U焊点的X－ray照片图9倾斜后观察到的Flas h焊点的X-r ay照片空洞空洞图10部分CPU焊点的放大照片图11部分Flash焊点的放大照片2.3金相切片分析在样品上截取失效的BGA器件，用环氧树脂镶嵌后打磨抛光，用金相显微镜观察BGA器件焊点的金相切片，焊点的金相照片见图12～图25。

失效分析技术及经典案例-1-概论new

失效分析技术及经典案例-1-概论new


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5. 失效机理
集成电路失效机理与寿命模型
器 件 、 材 失效机理 失效模式 料、模块 名称 集成电路 金属化电 开路 迁移
研发过程可细分为设计优化、制造工艺优化（如成品率 优化）、测试筛选与评价试验优化等过程。 在应用过程中，元器件选型、二次筛选条件优化、设备 研制生产中的故障控制对策、可靠性增长、全寿命期维 护等。
16
2. 失效分析的目的和意义
换句话说，这些技术过程需要失效分析工作才 能得以完成或完善。 最简单不过的道理，就是因为可靠性是以不断 地与失效作斗争才能得以维持或提高。如果对 失效的本质不了解，就不能做到知己知彼，就 难以获得取胜的条件。
12
2. 失效分析的目的和意义
GJB548A-96微电子器件试验方法和程序， “方法5003 微电路的失效分析程序”对失效分 析目的的描述： 失效分析是对已失效器件进行的一种事后 检查，根据需要，使用电测试以及许多先进的 物理、金相和化学的分析技术，以验证所报告 的失效，确定其失效模式，找出失效机理。
EOS/ESD：Electrical over Stress/Electrostatic Discharge
制造工艺问题导致的失效
张晓明，“对微电子器件失效分析的回顾”，电子元器件，2000，5 33 期
4.失效模式
按失效原因统计失效模式分布
半导体器件、IC和HIC(混合集成电路)失效 模式分布
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
5
一次惨痛的经历！
• 博伊斯乔利说
– ‚这些钢圈看上去很结实，很牢固，但点火后， 每个部分受到巨大压力，都会像气球一样被‘吹’ 起来。这样，就需要在各部分的接合处采用松紧 带来防止热气跑出火箭。‛ – 这份工作由两条名为‚○圈‛的橡胶带完成，它 们可以随着钢圈一起扩张，并能弥合缝隙。 – 这两条橡胶带与钢圈脱离哪怕0.2秒，助推器的 燃料就会发生泄露，固态火箭助推器就会爆炸。

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。

焊点失效分析技术与案例精品PPT课件

Ceprei-Rac----
3.1 外观检查 Visual Inspection
1.润湿角 2.失效部位 3.批次或个别 4.焊点表面颜色
失效定位 模式初判
主要工具：立体显微镜、金相显微镜、光学显微镜
Ceprei-Rac----
3.2 X射线透视检查 X－Ray Inspection
失效定位 模式判定
冶金化
最关键步骤，影响因素： PCB、 元 器 件 、 焊 料 、 焊 剂设备、工艺参数
焊接温度、焊接时间、冷却时间
焊接温度、焊接时间
Ceprei-Rac----
1.3.1 焊点形成的关键－润湿过程分析
Gas 气相
sgs q
slg sls
solder Pad(Device PCB)
Ceprei-Rac----
x x
xx x
多样的隆起直径和差的浸润
Ceprei-Rac----
3.3 金相切片分析 Microsection Inspection 方法与步骤 取样 镶嵌 切片 抛磨 腐蚀 观察
仪器设备：取样机（或慢锯）、 抛磨机、金相显微镜
材料： 环氧树脂、蚀刻液、抛光 膏
依据：IPC－TM－650 2.1.1
焊点失效分析技术及案例
中国赛宝实验室
罗道军
161,
1.0 PCBA焊点可靠性的位置与作用
电子电 器核心
PCBA (Printed Circuit Board Assembly 印制电路组件 )
互连可靠性
焊
点
（压
可
其接
可
靠
它绑
靠
性
）定
性
PCB
可元 靠器 性件
Ceprei-Rac----

BGA失效分析报告

2.2 外观检查 机械分离 PCBA4（跌落失效品）和 PCBA7（未跌落样品）的 BGA 器件及 SMT 表贴
元器件，立体显微镜下观察样品的失效部位，结果表明：焊点开裂脱落主要发生在焊料与 PCB 焊盘之间，断裂面光滑，部分焊盘呈现灰黑色，代表性外观照片见图 3 和图 4。 ……本页以下空白……
中中国国赛广宝州实市验天室河区东莞ww庄w.路rac1.1c0e号 rac@ 电话：020-87236986 投诉传电真话：：002200--8877223377108157
网 站:
中中国国赛广宝州实市验天室河区东莞ww庄w.路rac1.1c0e号 rac@ 电话：020-87236986 投诉传电真话：：002200--8877223377108157
对所送跌落失效品和未跌落样品的 BGA 焊点进行分析，均发现焊点在 IMC 与镍层的富磷 层间存在开裂，开裂界面 PCB 焊盘镍层平整，普遍出现晶界裂纹。焊接后镍层产生晶界裂纹 主要由于 PCB 焊盘镍层质量较差，熔融的高温无铅焊料对镍层的浸蚀，导致晶界裂纹产生。 富磷层的形成是由于在焊接过程中，Sn 与 Ni 以及焊料中的 Cu 不断的相互扩散产生 SnN（i Cu） 金属间化合物，而镍层中的磷不参与合金化，随着焊接的进行，镍不断的减少、磷不断的沉 积，在镍和 IMC 界面富集将形成黑色的富磷层，富磷层的产生主要与回流时间过长或温度过 高有关。晶界裂纹与富磷层的存在会降低焊点与焊盘之间的结合强度，使得焊点在受到外界 应力时容易开裂。
分析报告
合同号：
共 11 页 第 7 页
在 SEM 下观察 PCB10 样品未焊接的裸焊盘表面，结果表明金层表面未见明显腐蚀，
污染等异常；用化学方法除去裸焊盘表面的金层，镍层表面也未见明显腐蚀，表面 P（磷）

重庆赛宝工业技术研究院

重庆赛宝工业技术研究院，又名中国赛宝实验室（西南）实验室、中国工业和信息化部电子第五研究所（西南分所）。

位于重庆西永微电园，实验大楼共有工作场地8000平方米，主要为计量校准、可靠性试验、失效分析、电子产品安全与性能、元器件产品安全，ROHS和设备研发等测试场地和科研人员工作场地等。

开展的技术包括有：1)产品设计可靠性保证技术，2)计量与仪器维修，3)标准服务，4)软件评测，5)电子产品失效分析，6)安全与电磁兼容测试，7)可靠性试验，8)质量管理和认证技术，9)信息化工程监理技术，10)信息产业制造技术实习培训。

重庆赛宝工业技术研究院建成后，将成为辐射整个西部，能提供高端技术服务的综合质量保证共性技术服务平台，具有与中国赛宝实验室同等的技术服务能力。

中国赛宝实验室（工业和信息化部电子第五研究所），又名中国电子产品可靠性与环境试验研究所（China Electronic Product Relibility and Environmental Testing Research Institute)、工业和信息化部电子第五研究所（The fifth electronic research institute of MIIT），始建于1955年，是中国最早从事可靠性研究的权威机构。

实验室位于广州市天河区，占地面积17万平方米，科研生产用房面积8万多平方米；拥有各类试验、分析测试和计量等仪器设备5000多台（套）；现有职工1000多人，各类科技人员700多人，工程师及以上人员占70%。

实验室可提供从元器件到整机设备、从硬件到软件直至复杂大系统的产品检测试验、分析评价、认证计量、信息服务、技术培训、专用设备和专用软件开发等技术服务。

实验室具有多项认证、检测资质和授权，建立了良好的国际合作互认关系，可在世界范围内开展认证、检测业务，代表中国进行国际技术交流、标准和法规的制订。

同时，作为工业和信息化部直属单位，为部的行业管理提供技术支撑，为电子信息企业提供技术支持与服务，每年服务企业过万家。

失效分析技术(第一部分)--赛宝实验室 李少平

9 CEPREI 中国赛宝实验室 10
第二讲：失效分析经典案例 （1） 失效分析全过程案例 （2） 静电与闩锁失效分析案例 （3） 电浪涌失效分析案例 （4） 机械应力失效分析案例 （5） 结构缺陷失效分析案例 （6） 热变应力失效分析案例 （7） 材料缺陷失效分析案例 （8） 整机制造工艺缺陷失效分析案例 （9） 整机设计缺陷失效分析案例 （10） 污染腐蚀失效分析案例 （11） 元器件固有机理失效分析案例。 上述案例包含元器件的各个门类，包括电阻器、电容器、电感器、 二极管、三极管、集成电路、组件、板件（PCBA）。
场效应晶体管的静电放电损伤：
失效现象：研发过程大量的、莫名其妙的失效，没有加电而失效。 失效分析：微尺寸击穿点、熔融；排除破裂、污染、缺陷、使用过电。 诊断结果：静电放电击穿 机理研究：静电产生机理、静电放电机理 应用：评价、抗静电设计、降低静电来源，预防静电放电
CEPREI 中国赛宝实验室 17 CEPREI

“挑战者”的悲剧在于，博伊斯乔利在发射前 6个月就对“○圈”提出质疑，因为一年前他曾亲 自跑到佛罗里达，对上一次发射时使用的火箭进 行了检查，让他吃惊的是，第一层“○圈”失灵， 热气跑了出来，幸运的是，第二层“○圈”拦住了 热气。 博伊斯乔利仍保存着当时拍摄的“○圈”照 片，本应是蜜色的润滑油被熏成了黑色。第一层 “○圈”的很多部分不见了，很显然，它们被烤焦 了。他说：“我看到这一切时，心口像堵上了一 团棉花。那次发射，航天飞机竟然没有爆炸，简 直是奇迹！”
CEPREI
中国赛宝实验室
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一、失效分析的作用 从可靠性三个阶段见证失效分析的作用
SPC： 正常不良率：300ppm 异常不良率：500ppm
一、失效分析的作用 从可靠性三个阶段见证失效分析的作用

2失效分析经典案例-工艺缺陷失效案例


失效品输入端I-V特性一定知道
良品1000V静电击穿形貌
失效样品击穿形貌
模拟静电击穿与现场击穿相似; 模拟集成电路也是静电敏感电路:1000V
失效样品
良品
OUTPUTA和GND之间的I/V特性曲线
失效分析经典案例
制造工艺中的静电放电防护 ESD损伤途径
电弧注入的电荷/电流产生以下损坏和故障：
¾穿透元器件内部薄的绝缘层，损毁MOSFET和CMOS元 器件的栅极，常见； ¾CMOS器件中的触发器锁死，常见； ¾反偏的PN结短路，也就是PN结反向击穿，常见； ¾正向偏置的PN结短路，较少见； ¾熔化有源器件内部的连接（键合）线或铝（金属 化）线，较少发生。
失效现象: 样品为NSC公司生产的电压比较器，为陶瓷密封器件，型号为LM119J。 在进行整机测试时，发现功能异常，图1所示的电路对器件进行测试, 发现样品的Pin5（1IN -）引脚和Pin10（2IN -）引脚的输入端的偏置 电流偏大。
F!# -700nA F2# -1026nA G1# -334nA
失效分析经典案例
制造工艺中的静电放电防护 静电损害的形式
力学作用 －→吸引或排斥－→静电吸附灰尘，降低元器件
绝缘电阻（缩短寿命）。 电学作用
－→静电电位－→静电放电（ESD）破坏，造成 电子元器件失效或功能退化 。 电磁作用
－→静电放电产生的电磁场幅度很大（达几百伏/ 米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子产器造 成干扰甚至损坏（电磁干扰）
失效分析经典案例
工艺缺陷失效案例 工业和信息化部电子第五研究所
（中国赛宝实验室） 研究分析中心 李少平 020-87234456
失效分析经典案例
静电防护
工艺缺陷失效案例
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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
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三、失效分析技术-电测
电测工具： LCR 网络分析仪 图示仪 高阻仪 „
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
工作原理 X 射线检测是根据样品不同部位对X射 线吸收率和透射率的不同，利用X射线 通过样品各部位衰减后的射线强度检 测样品内部缺陷的一种方法。 透过材料的X 射线强度I（x）随材料的 X 射线吸收系数u和厚度x作指数衰减： I （ x ）＝Io exp ( － u x)
• • • • •
三、失效分析技术-物理分析-扫描声学 工作原理
二、失效分析的作用 -归零－陶瓷电容器
国防工程中 “双 5 归零”可以看到失效分析的重要作用 技术归零5项 定位准确 机理清楚 问题重现 措施有效 举一反三
管理归零5项 过程清楚 责任明确 措施落实 严肃处理 完善规章
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
型号： CT41L －1206－2C1－50V－104K 使用情况： 收发信机、同批次1518只、1只使用 失效情况： 整机调试阶段、360小时、常温失效 失效模式：绝缘电阻不稳定
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三、失效分析技术-物理分析-扫描声学
超声波基础
• 超声波指的是频率高于20KHz的 声波，超过10MHz的超声波不能 穿透空气。（检测中应用的超 声波频率通常超过10MHz。） 扫描声学显微中利用到的主要 优点： 能在液体或固体材料中自由传 输； 声波会在材料界面，内部缺陷 或材料变化的地方发生反射； 能够聚焦，能够沿直线传输； 对材料非破坏性。
破裂、变形
三、失效分析技术-外观检查
引 脚交叉 外 壳弧形变形 漏液
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三、失效分析技术-外观检查
外观分析工具： 目检 体视显微镜 金相显微镜 „
三、失效分析技术-电测
目的：确认失效模式和失效管脚定位 方法：与同批次好品同时进行测试和试验 注意：电测试可能扩大原来的失效而掩盖原来的失效特 征，以及引入新的失效。应结合失效模式和电测的本 质设计测试项目和流程。
PIND
定位失效点
红外热像 SEM FIB
EMMI
SIMS/AES/XPS„
失效机理确认
编写报告
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三、失效分析技术-信息收集
信息包括： 基本信息和技术信息 基本信息： • 工 作原理、结构、材料、工艺，功能参数；
• 主 要和常见失效机理以及失效原因；
• 还 有，出于管理需要的信息，包括样品来源、型号、批次、编号、时 间 、地点等（很重要－报告中应反映－真实性和唯一性）。 技 术信息： 是 判断可能的失效机理、制订失效分析方案设计的重要依据。 特 定使用应用信息 整机故障现象 ﹑异常环境 ﹑在整机中的状态 ﹑应用电路、筛选应力、 失 效历史、失效比例、失效率及其随时间的变化等。 特 定生产工艺 1 ) 生 产工艺条件和方法 2 ) 特 种器件应先用好品开封了解和研究其结构特点
三、失效分析技术-电测
Element CK
Wt % 26.45
At % 39.10
OK
FK NaK
10.04
49.69 00.83
11.14
46.44 00.64
AlK
SiK PbM
01.23
00.54 05.21
00.81
00.34 00.45
ClK
AgL
00.26
05.74
00.13
00.94
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三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
技术指标
空间分辨率：亚微米量级； 图像的放大倍数：～104； 被检测物体的尺寸：数百毫米； 被测物体水平旋转：3600 ， Z方向调整：±450的。
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
用途
X 射线透视仪一般用于检测电子元器件及多层印 刷电路板的内部结构 –内引线开路或短路 –粘接缺陷 –封装裂纹、空洞 –桥连、立碑及器件漏装 –焊点缺陷（PCB） – ……
（脉宽调制器的8脚，正常 4.8V，失效时2. 4V，拆卸和重装后都故障有复 现）－－定位准确
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二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
绝缘电阻测试不稳定，在104至1010跳动 －－问题重现
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
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二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
二、失效分析的作用 -案例2－发光二极管
案例 2－ 发光二极管静电击穿
从 芯片开封来 看 ，不管是机 械 开封还是化 学 开封样品， 其 芯片表面都 有 明显的击穿 点 ，同时击穿 点 具有静电击 穿 的特征
二、失效分析的作用 -案例3－钽电解电容
器
案例 3 确认老化失效－耗损失效
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三、失效分析技术-信息收集
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三、失效分析技术-外观检查
失效样品 标准规范 有关标准和规范 主要内容 多余物沾污与附着 机械损伤 外观 玻璃绝缘子破裂 外壳腐蚀 电损伤或电弧残迹
涂 层 (镀 层 )剥 落 ， 变 色
与失效可能的关系 极间漏电，功能失效 泄漏或内装部件损坏 泄漏或内部短断路 泄漏 内部电损伤、高压 高温，极间漏电 机械力、内部电烧
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三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
• 缺陷
芯片粘接空洞
陶瓷基板与金属管 座粘接空洞
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三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
• 内部结构
从侧视图发现焊球脱开
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY • 小结
快速、直观、无损 观察效果与被观测物对象的密度、厚度有关 小缺陷(裂纹、孔洞)比较困难 深度分析困难 无法观察器件内部界面分层
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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
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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
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二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
• 体会 1）必须有高度重视的态度；
军工产品事无巨细，都必须重视
2）必须具体严谨的态度
对于失效样品不应该直接在其额定电压 50V 进行绝缘电阻测试 ； 仅用酒精清洗方法来排除外部粘污影响的理由是不充分的 ； 结论的得出没有相应试验的支撑 。
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三、失效分析技术-电测
三、失效分析技术-电测
• 应力试验
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三、失效分析技术-电测

应力试验
合格判据 样品编号 原始状态 酒精擦洗105℃烘烤18h 试验状态 双85（+85℃，85％RH）20小时 105℃烘烤48h R=2MΩ ±10％ R 5# 1MΩ 左右跳动 2.080，且稳定 1.5M左右开始跳动到合格范围 2.081MΩ ,且稳定 9# 9kΩ 左右跳动 2.037MΩ ，且稳定 0.4M左右开始跳动，且阻值 一直增加 2.037MΩ ，且稳定
CA
筛选
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二、失效分析的作用

找出产品失效的原因，提高产品的可靠性
Ⅰ：早期失效 Ⅱ：偶然失效 Ⅲ：耗损失效
二、失效分析的作用－案例1－电阻
案例 1 确认产品的缺陷－早期失效
保 护 层
调 陶 瓷 基 板 电 端 点 阻 层 整 槽
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二、失效分析的作用－案例1－电阻
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
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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。
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三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
X 射线衰减的程度与样品的品种、厚度、密度有关。
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
穿过样品的 X 射线轰击到 X 射线敏感板上 的磷涂层，并激发出光子，这些光子随后被 摄像机探测到，然后对该信号进行处理放大 ，由计算机进一步分析或成像。 处理后的灰度图像显示了被检查的物体密度 或材料厚度的差异。材料的内部结构和缺陷 对应于灰黑度不同的X射线影像图。
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
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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”