如何快速进行电子器件失效分析

如何快速进行电子器件失效分析
通过学习本课程，使学员学习到器件常见失效模式、失效机理、失效分析流
程等，通过大量的失效分析案例讲解，加深学员对失效分析的理解，掌握失效分
析技能。

深刻体会到电子产品可靠性的根本含义：集中讲授各类器件的失效模式和失
效机理，帮助学员快速分析器件的失效问题，并进一步掌握器件的可靠应用要点，
帮助学员快速提高器件的应用水平，帮助企业提高产品的可靠性水平。

目录
引言:电子可靠性工程概述
一、失效分析基础
二、典型失效模式
三、典型失效机理
四、器件失效分析流程
五、破坏性物理分析（DPA）介绍
六、静电损伤
七、CMOS集成电路的闩锁效应
八、如何和器件供应商交流失效分析
九、典型失效分析案例介绍
十、各类器件的失效模式、机理和可靠应用要点

开展电子可靠性工程工作的意义
中国现在是制造大国，还不是制造强国，为什么？
国内电子厂家经常面临问题：由于产品问题多导致客户满意度下降；价格只是
国外竞争对手的几分之一，利润低。但是还是竞争不过，竞争力差，为什么？
作为消费者，我们都喜欢买美欧日进口产品，为什么？
重要的原因是：我们的产品质量和可靠性差，国内电子产品和国外领先的差距
不是功能性的差距，而是质量和可靠性上的差距。
质量和可靠性差的主要原因是：设计水平低，缺乏硬件应用经验，缺乏电子可
靠性系统工程方法。

可靠性首先是一门专业技术，然后才是一种管理方式。
我们认为：仅靠个人经验和责任心是无法根本提高设计水平的，最主要的是缺
乏一套完整的系统方法，“君子授人以鱼，不如授人以渔”。

贵公司是否统计过产品的市场返修率和生产一次通过率？
贵公司是否统计过器件的失效率？
贵公司是否有返修率很高的产品或器件？
贵公司是否统计过单位产品的维修成本？
贵公司是否统计过上述损失成本是多少，占销售收入的比例是多少？
现状：国内很多电子企业的产品生产一次通过率低于90%，市场返修率高于5%，
据此推算，这类企业的质量成本将会达到销售收入的15%。
提升价值：如果某产品的年产值为1亿元，年返修率为5%，直接损失最低500
万元。据经验，失效率排在前3位的器件一般占该单板总失效率的80%以上，找
出这3个器件的失

效原因，进行改进，则该产品返修率可以在很短时间内降低到1%以下。则失效
分析改进带来的直接收益为400万元。而间接收益可以达到千万元以上。

根据我们的经验，打开电子可靠性工程大门的钥匙是失效分析。
失效分析可以立即准确解决目前困扰企业最严重的产品问题，效果立竿见影，
创造明显的价值。赢得领导和大家的认可，为后续开展可靠性工作赢得必要的支
持和投入。
可以积累产品的可靠性设计经验，提高公司开发水平，为后续产品可靠性打下
良好的基础，真正的提高公司的核心竞争力。

可靠性是一种概率事件。
产品的可靠性是使用的所有器件可靠性的累加。虽然每个器件的失效率仅有几
十个PPM以下，但是单板的失效率却可以达到百分之几以上的数据。
虽然某个具体单板上的器件失效不是很平均地表现出来，而是少数器件的失效
率很高，而大多数器件的失效率却很少。但是统计更多的产品和单板时会发现，
每个器件都

存在失效的概率，所有器件的失效率趋于平均。
谁也没有办法准确预测某个单板上哪些器件的失效率高，哪些器件不会失效。

开展电子可靠性工程工作的意义
实施可靠性的根本方法：
要保证产品的可靠性，唯一的方法就是考虑单板上所有器件都存在失效可能，
并充分考虑这些器件的主要失效机理，并防止这些失效机理的发生。
一个单板上往往有成百上千个器件，每个器件都有多种主要的失效模式和机
理，可靠性工程的目标就是掌握和应用所有器件的主要失效机理以及预防措施。
往往最笨的方法，就是最有效的方法。

国内电子企业的硬件工程师往往是依靠个人的经历来积累一些可靠性知识，不
可能全面和深入。
公司层面上没有注重技术积累。意识、考评机制和方法等都比较缺乏。
以上原因造成国内企业和工程师的可靠性技术水平停留在初级的水平，产品可
靠性不稳定。

可靠性是概率事件。一个发展中的企业往往没有足够的能力去控制产品可靠性。
能够生存下来往往是“幸运”的结果。
但是，幸运不可能伴随企业的一生。随着产品的种类和产量不断扩大，以及时
间的推移，不及时提升产品的可靠性，注定会付出惨痛的代价。

可靠性工作在什么阶段进行？
概念开发
测试
试产
验证
生产试产
失效分析，并积累成为电子可靠性工程平台
器件选用（包括器件搜索、认证和选型）
可靠设计应用（应用CHECKLISH、CBB、规范等的可靠性方法）
对开发测试中出现的器件进行失效分析
对试产和可靠性增长试验中中出现的器件进行失效分析生产可靠性（ESD、MSD、
可加工性）
生产器件失效分析对市场返修单板失效 器件进行分析

电子可靠性工程主要内容
通过正确的选型认证来保证构成产品的物料的基本可靠性
物料选型与认证是一项产品工程，是硬件开发活动的重要组成部分。产品一旦
选用了某物料，其质量、成本、可采购性基本上60%都已固化，后期的一系列改
进、保障策略

所达到的效果只能占到40%，物料选型影响重大。如何确定物料的规格，如何识
别不同厂家的物料优劣，如何对物料厂家进行
认证，如何监控物料厂家的质量波动，这些专项技术，在国际领先公司都有专业
的团队来进行研究，并有系统化的流程
来保障物料选用，而目前国内厂家普遍比较薄弱，因此从物料选用开始，产品质
量就和业界领先公司拉开了差距，可以
说是输在了起跑线上。
企业需要建立各类器件的认证规范和选型指导书，提升器件选用过程的效率和质
量。

通过正确的选型认证来保证构成产品的物料的基本可靠性
通过正确合理的设计方法保证应用可靠性
常用的可靠性设计方法有如下14种，在产品开发过程中，这些方面都要考
虑到，包括借助相应的仿真工具进行分析，才能够保证设计的产品的可靠性。
1)可靠性预计与FEMA
2)可靠性指标论证、分配与冗余设计
3)电应力防护设计
4)ESD防护设计
5)降额设计
6)信号完整性分析
7)EMC设计
8)热分析和设计
9)容差分析
10)安全设计
11)可生产性设计
12)升额设计
13)环境适应性设计
14)寿命与可维护性设计
国际领先的大公司，对这些设计方法均有专业团队来保障。国内企业如果要提高
其可靠性设计水平，应该建立自己的设计准则库（checklist）、标准电路库（CBB）
和各种

专项设计规范。使其形成公司的可靠性工程平台，不断积累和提升公司研发能力。
在加工维护过程中保证不引入对器件的损伤ESD，产品线的ESD控制水平是多
少？
MSD,器件的潮湿敏感等级有几级？
造成0603表贴电阻失效的主要原因是什么？
在生产加工过程中，影响可靠性的最主要的因素是ESD、MSD和工艺可靠性，这
三方面的控制技术目前发展得较为成熟，也有对应的国际标准，但是国内很多厂
家还做得不够

完善，象ESD控制不好引发的可靠性问题，往往是在产品到用户手里半年以上会
大量爆发。因此怎样控制加工过程，保证对不引入对器件的损伤需要引起重视。
在产品维护保

养过程中同样要考虑可靠性问题，避免引入对产品的损伤。国内电子企业应该建
立或完善内部规范和操作指导书。

流程保障
电子产品可靠性工程是非常严谨的系统工程，需要高效、明确的流程来保证。可
靠性保障流程主要有三个：
1)物料选型和认证流程，包括物料选型，物料认证，供应商认证，供应商质量控
制等方面；
2)产品开发中的可靠性设计流程，在产品开发过程中保证上文提到的14种方法
的使用以及明确评审要求，通过可靠性设计来保证产品的可靠性。
3)FRACAS流程，通过对故障数据的分析处理，找出异常问题，启动根本原因分
析，找到解决措施和预防措施，使所有问题都能够闭环，以保证产品的可靠性。