电子元器件失效分析技术.ppt

IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,1,电子元器件失效分析_培训总结报告,尤利宁 贺永红 2006-7-6,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,2,提纲：,可靠性的基本概念和新的观念； 失效分析的8个步骤； 3. 失效分析的概念，目的，作用，对象和分类； 4. 与我们生产有关的例子； 5. 失效分析的新技术。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,3,一. 关于可靠性？,电子产品可靠性定义： 是指产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力，它是电子产品质量的一个重要组成部分。 可靠性的表征： 寿命；失效率；故障；MTBF；返修；赔偿 注：电子产品的寿命：包括硬件寿命到期；技术寿命到期（过了换代期的电子产品）,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,4,传统可靠性观念： 是以失效数据的统计和分析为手段，表征产品的可靠性，比如MTBF。 可靠性的新观念： 是以失效分析为手段，寻找失效的根本原因，并加以解决以达到从根本上提高可靠性的目的。 几个概念： 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等面向失效分析的可靠性新技术 失效物理学（Pof，Physics of Failure），把失效作为主体研究，通过激发，研究和根治失效达到提高可靠性的目的,可靠性工程新旧观念对比,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,5,可靠性观念变化比较,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,6,失效物理方法的8个步骤：,确定真正的系统要求； 确定使用环境；（包括生产环境，但这点经常被忽略） 验明潜在的失效部位和失效机理； 采用可靠的原材料的元器件； 设计可靠的产品； 鉴定加工和装配过程； 控制加工和装配过程；（从设计和制造过程加强可靠性） 对产品的寿命期成本和可靠性进行管理（采购后到达到使用寿命结束这中间的所有管理，培训，控制等等成本之和）,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,7,另一领域的失效分析,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的尸体解剖上。（仁慈的东方人除外）； 在这个专业领域，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，从这个角度讲，失效部件有时甚至是“珍贵的” 这个例子可以帮助我们理解失效分析的作用和失效部件的重要性。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,8,二. 失效分析基本概念,失效：功能退化或着功能丧失； 失效模式：失效现象的表现形式，如开路，短路，参数漂移，不稳定等； 失效机理：导致失效的物理化学变化过程，和对这一过程的解释，如电迁移开路，银电化学迁移短路。工程上，也会把失效原因说成失效机理。 应力：驱动产品完成功能所需的动力和产品经历的环境条件。是产品退化的诱因； 缺陷：,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,9,失效分析的目的和作用,失效分析:是对已失效的器件进行的一种事后检查，使用电测试和先进的物理，进行和化学分析技术，验证所报告的失效，确定其失效模式，找出失效机理。 失效分析程序应得出相应结论，确定失效原因或相应关系，或着在生产工艺，器件设计，试验或应用方面采取措施，以消除失效模式或机理产生的原因，或防止其重新出现。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,10,失效分析的对象,实物对象：包括已发生失效或发生重要变化的测试结构，半成品，试制品，试验品，整机应用以及外场应用失效品。 过程对象：包括元器件的研发过程和应用过程。 研发过程:可细分为设计优化，制造工艺优化，测试筛选与评价试验优化等过程（比如Hexfred Ir漂移事件的解决，我们设计新的筛选程序）； 应用过程：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，全寿命维护等（更偏向用户）,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,11,失效模式的概念和种类,失效模式：就是失效的外在表现形式，不需要深入说明其物理原因 按持续性分类：致命性失效，间歇失效，缓慢退化； 按失效时间分类：早期失效，随即失效，磨损失效； 按电测试结果分类：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效 按失效原因分类：EOS（Electrical over Stress/ESD (Electrostatic Discharge);制作工艺不良。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,12,三. 一些例子 Eg1. ESD失效机理解释,定义：处于不同静电电位的两个物体间发生的静电电荷转移就形成了ESD，这种静电放电将给电子元件带来损伤，引起产品失效。 电子元器件由静电放电引发的失效可分为：突发性失效和潜在性失效两种模式。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,13,突发性失效： 是指元器件受到ESD损伤后，突然完全丧失其规定的功能，主要表现为开路，短路或参数严重漂移。 潜在性失效： 是指静电放电能量较低，仅在元器件内部造成轻微损伤，放电后器件电参数仍能合格或略有变化，但器件的抗过电的能力已经明显削弱，再受到工作应力后将进一步退化，使用寿命将明显缩短。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,14,ESD失效的不同机理,过电压场致失效： 发生于MOS器件，包括含有MOS电容或钽电容的双极性电路和混合电路； 过电流热致失效：多发生于双极器件，包括输入用pn结二极管保护电路的MOS电路，肖特基二极管以及含有双极器件的混合器件 实际发生哪种失效，取决于静电放电回路的绝缘程度！ 如果放电回路阻抗较低，绝缘性差，器件往往会因放电期间的强电流脉冲导致高温损伤，这属于过电流损伤； 相反，因阻抗高，绝缘性好，器件接受高电荷而产生高压，导致强电场损伤，属于过压损伤。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,15,ESD 损伤图片,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,16,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,17,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,18,Eg2. 塑封器件分层效应（“爆米花效应”）,”爆米花效应“是指塑封器件塑封材料内的水份在高温下受热发生膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分层，拉断键合丝，发生开路失效或间歇失效。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,19,TOHD,TODD,TPost,分层效应 CSam图片,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,20,1. 基本思路： 信息分析（失效环境，标准，规范，经验） 失效模式确认（通过测试，试验，对比分析） 可能的失效机理（在前两项的基础上） 寻找证据（物理，化学，试验） 原因推演 必要的验证和结论,四. 失效分析技术与设备,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,21,2. 基本流程：,失效现场信息调查,外观检查,失效模式确认,方案设计,非破坏性分析,破坏性分析,综合分析,报告编写,操作原则： 先外部后内部； 先非破坏性后半破坏性； 最后破坏性； 避免引进新的失效机理。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,22,3. 失效信息调查与方案设计 信息类别： 基本信息：包括处于管理需要的信息，包括样品来源，型号，批次，编号，时间，地点等。 技术信息：是判断可能的失效机理和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,二次筛选应力,失效历史,失效比例,失效率及随时间的变化. 特定的生产工艺: 生产工艺条件和方法;特种器件应先用好品开封了解和研究其结构特点.,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,23,一些分析途径简介,1. 非破坏性分析的基本途径（先实施易行的，低成本的） 外观检查 模式确认（测试和试验，对比分析） 检漏 可动微粒检测（PIND） X光照相 Csam 模拟试验,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,24,1. CSam 和X射线透视仪,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,25,CSam和X射线透视仪的成像,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,26,2. 半破坏性分析的基本途径（多余物，污染，缺陷，微区电特性和电光热效应） 可动微粒收集 内部气氛检测 开封：专用工具，研磨，观察研磨面塌陷区域； 湿法腐蚀（化学法）：硫酸，硝酸； 干法腐蚀：在真空条件下，等离子体轰击 不加电的内部检验：光学，SEM，微区成分； 加电的内部检验： 微探针，热像，光发射，电压衬度像，束感生电流像，电子束探针。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,27,不加电的内部检验设备 金相显微镜，扫描电镜（SEM）,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,28,能谱仪（EDS）及其特点,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,29,加电的内部检查,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,30,以电流效应为基础的定位技术,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,31,光发射显微镜定位技术,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,32,3. 破坏性分析的基本途径（进一步的微区电特性，污染，缺陷） 加电的内部检验（去除钝化层，微探针，聚焦粒子束，电子束探针） 剖切面分析（光学，SEM,TEM),IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,33,去除钝化层技术,化学方法去除钝化层,在真空条件下，等离子体轰击去除钝化层。 缺点：对半导体材料表面有损伤，而且有辐射，会影响材料的性质,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,34,金相切片制备技术,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,35,注意：金相切片技术，要观察金属见化合物，还要采用适当的腐蚀液，使不同金属或合金成分显示不同的颜色，并且要注意过程中不能产生新的失效或破坏原来的失效。,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,36,金相切片分析方法特点,破坏性方法； 试样制备周期长，需要1D，最好3D； 3. 试样制备要求高； 4. 可直观获取材料内部大量信息； 5. 对操作和分析人员要求较高,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,37,附录： 分析技术与设备清单,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,38,附录： 分析技术与设备清单,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,39,附录： 分析技术与设备清单,IR CONFIDENTIAL,2019/6/27,40,相关知识（军工企业的要求）,质量问题技术归零 为彻底解决由于技术原因造成的产品质量问题，避免