电子元器件失效分析ppt课件

IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 1 電子元器件失效分析 培訓總結報告 尤利甯賀永紅2006 7 6 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 2 提綱 可靠性的基本概念和新的觀念 失效分析的8個步驟 3 失效分析的概念 目的 作用 物件和分類 4 與我們生產有關的例子 5 失效分析的新技術 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 3 一 關於可靠性 電子產品可靠性定義 是指產品在規定的條件下及規定的時間內完成規定功能的能力 它是電子產品品質的一個重要組成部分 可靠性的表徵 壽命 失效率 故障 MTBF 返修 賠償 注 電子產品的壽命 包括硬體壽命到期 技術壽命到期 過了換代期的電子產品 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 4 傳統可靠性觀念 是以失效資料的統計和分析為手段 表徵產品的可靠性 比如MTBF 可靠性的新觀念 是以失效分析為手段 尋找失效的根本原因 並加以解決以達到從根本上提高可靠性的目的 幾個概念 可靠性強化試驗 RET ReliabilityEnhancementTesting 或稱為步進應力試驗 高加速壽命試驗HALT 高加速應力篩選HASS等面向失效分析的可靠性新技術失效物理學 Pof PhysicsofFailure 把失效作為主體研究 通過激發 研究和根治失效達到提高可靠性的目的 可靠性工程新舊觀念對比 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 5 可靠性觀念變化比較 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 6 失效物理方法的8個步驟 確定真正的系統要求 確定使用環境 包括生產環境 但這點經常被忽略 驗明潛在的失效部位和失效機理 采用可靠的原材料的元器件 設計可靠的產品 鑒定加工和裝配過程 控制加工和裝配過程 從設計和製造過程加強可靠性 對產品的壽命期成本和可靠性進行管理 採購後到達到使用壽命結束這中間的所有管理 培訓 控制等等成本之和 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 7 另一領域的失效分析 醫藥學的歷史與人類的病痛一樣長 大量醫藥科學的進步都是建立在外科醫生的屍體解剖上 仁慈的東方人除外 在這個專業領域 這一做法通常稱為 失效分析 每個失效部件都應被視為進行可靠性改進的機會 從這個角度講 失效部件有時甚至是 珍貴的 這個例子可以幫助我們理解失效分析的作用和失效部件的重要性 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 8 二 失效分析基本概念 失效 功能退化或著功能喪失 失效模式 失效現象的表現形式 如開路 短路 參數漂移 不穩定等 失效機理 導致失效的物理化學變化過程 和對這一過程的解釋 如電遷移開路 銀電化學遷移短路 工程上 也會把失效原因說成失效機理 應力 驅動產品完成功能所需的動力和產品經歷的環境條件 是產品退化的誘因 缺陷 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 9 失效分析的目的和作用 失效分析 是對已失效的器件進行的一種事後檢查 使用電測試和先進的物理 進行和化學分析技術 驗證所報告的失效 確定其失效模式 找出失效機理 失效分析程式應得出相應結論 確定失效原因或相應關係 或著在生產工藝 器件設計 試驗或應用方面採取措施 以消除失效模式或機理產生的原因 或防止其重新出現 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 10 失效分析的物件 實物物件 包括已發生失效或發生重要變化的測試結構 半成品 試製品 試驗品 整機應用以及外場應用失效品 過程物件 包括元器件的研發過程和應用過程 研發過程 可細分為設計優化 制造工藝優化 測試篩選與評價試驗優化等過程 比如HexfredIr漂移事件的解決 我們設計新的篩選程式 應用過程 元器件選型 二次篩選條件優化 設備研製生產中的故障控制對策 可靠性增長 全壽命維護等 更偏向用戶 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 11 失效模式的概念和種類 失效模式 就是失效的外在表現形式 不需要深入說明其物理原因按持續性分類 致命性失效 間歇失效 緩慢退化 按失效時間分類 早期失效 隨即失效 磨損失效 按電測試結果分類 開路 短路或漏電 參數漂移 功能失效按失效原因分類 EOS ElectricaloverStress ESD ElectrostaticDischarge 製作工藝不良 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 12 三 一些例子Eg1 ESD失效機理 解釋 定義 處於不同靜電電位的兩個物體間發生的靜電電荷轉移就形成了ESD 這種靜電放電將給電子元件帶來損傷 引起產品失效 電子元器件由靜電放電引發的失效可分為 突發性失效和潛在性失效兩種模式 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 13 突發性失效 是指元器件受到ESD損傷後 突然完全喪失其規定的功能 主要表現為開路 短路或參數嚴重漂移 潛在性失效 是指靜電放電能量較低 僅在元器件內部造成輕微損傷 放電後器件電參數仍能合格或略有變化 但器件的抗過電的能力已經明顯削弱 再受到工作應力後將進一步退化 使用壽命將明顯縮短 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 14 ESD失效的不同機理 過電壓場致失效 發生於MOS器件 包括含有MOS電容或鉭電容的雙極性電路和混合電路 過電流熱致失效 多發生於雙極器件 包括輸入用pn結二極體保護電路的MOS電路 肖特基二極體以及含有雙極器件的混合器件實際發生哪種失效 取決於靜電放電回路的絕緣程度 如果放電回路阻抗較低 絕緣性差 器件往往會因放電期間的強電流脈衝導致高溫損傷 這屬於過電流損傷 相反 因阻抗高 絕緣性好 器件接受高電荷而產生高壓 導致強電場損傷 屬於過壓損傷 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 15 ESD損傷圖片 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 16 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 17 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 18 Eg2 塑封器件分層效應 爆米花效應 爆米花效應 是指塑封器件塑封材料內的水份在高溫下受熱發生膨脹 使塑封料與金屬框架和晶片間發生分層 拉斷鍵合絲 發生開路失效或間歇失效 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 19 TOHD TODD T Post 分層效應C Sam圖片 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 20 1 基本思路 資訊分析 失效環境 標準 規範 經驗 失效模式確認 通過測試 試驗 對比分析 可能的失效機理 在前兩項的基礎上 尋找證據 物理 化學 試驗 原因推演必要的驗證和結論 四 失效分析技術與設備 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 21 2 基本流程 失效現場資訊調查 外觀檢查 失效模式確認 方案設計 非破壞性分析 破壞性分析 綜合分析 報告編寫 操作原則 先外部後內部 先非破壞性後半破壞性 最後破壞性 避免引進新的失效機理 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 22 3 失效資訊調查與方案設計資訊類別 基本資訊 包括處於管理需要的資訊 包括樣品來源 型號 批次 編號 時間 地點等 技術資訊 是判斷可能的失效機理和失效分析方案設計的重要依據 特定使用應用資訊 整機故障現象 異常環境 在整機中的狀態 應用電路 二次篩選應力 失效歷史 失效比例 失效率及隨時間的變化 特定的生產工藝 生產工藝條件和方法 特種器件應先用好品開封瞭解和研究其結構特點 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 23 一些分析途徑簡介 1 非破壞性分析的基本途徑 先實施易行的 低成本的 外觀檢查模式確認 測試和試驗 對比分析 檢漏可動微粒檢測 PIND X光照相C sam模擬試驗 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 24 1 C Sam和X射線透視儀 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 25 C Sam和X射線透視儀的成像 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 26 2 半破壞性分析的基本途徑 多餘物 污染 缺陷 微區電特性和電光熱效應 可動微粒收集內部氣氛檢測開封 專用工具 研磨 觀察研磨面塌陷區域 濕法腐蝕 化學法 硫酸 硝酸 幹法腐蝕 在真空條件下 等離子體轟擊不加電的內部檢驗 光學 SEM 微區成分 加電的內部檢驗 微探針 熱像 光發射 電壓襯度像 束感生電流像 電子束探針 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 27 不加電的內部檢驗設備金相顯微鏡 掃描電鏡 SEM IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 28 能譜儀 EDS 及其特點 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 29 加電的內部檢查 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 30 以電流效應為基礎的定位技術 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 31 光發射顯微鏡定位技術 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 32 3 破壞性分析的基本途徑 進一步的微區電特性 污染 缺陷 加電的內部檢驗 去除鈍化層 微探針 聚焦粒子束 電子束探針 剖切面分析 光學 SEM TEM IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 33 去除鈍化層技術 化學方法去除鈍化層 在真空條件下 等離子體轟擊去除鈍化層 缺點 對半導體材料表面有損傷 而且有輻射 會影響材料的性質 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 34 金相切片製備技術 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 35 注意 金相切片技術 要觀察金屬見化合物 還要採用適當的腐蝕液 使不同金屬或合金成分顯示不同的顏色 並且要注意過程中不能產生新的失效或破壞原來的失效 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 36 金相切片分析方法特點 破壞性方法 試樣制備週期長 需要1D 最好3D 3 試樣製備要求高 4 可直觀獲取材料內部大量資訊 5 對操作和分析人員要求較高 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 37 附錄 分析技術與設備清單 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 38 附錄 分析技術與設備清單 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 39 附錄 分析技術與設備清單 IRCONFIDENTIAL 2020 4 11 40 相關知識 軍工企業的要求 品質問題技術歸零為徹底解決由於技術原因造成的產品品質問題 避免重複發生 要 定位準確 機理清楚 問題複現 措施有效 舉一反三 並