电子元器件失效分析技术与案例.doc

电子元器件失效分析技术与案例费庆学二站开始使用电子器件 当时电子元器件的寿命20h.American from 1959 开始：1。可靠性评价，预估产品寿命 2。可靠性增长。不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。 通过恶裂环境的试验。通过改进提高寿命。后来叫a.可靠性物理实效分析的实例 b.可靠数学第一部分：电子元器件失效分析技术（方法）1 失效分析的基本的概念和一般程序。A 定义：对电子元器件的失效的原因的诊断过程b.目的：0000000c失效模式失效结果失效的表现形式通过电测的形式取得d失效机理：失效的物理化学根源 失效的原因1）开路的可能失效机理日本的失效机理分类：变形 变质 外来异物很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成 正反向都不通为内部断开。漏电和短路的可能的失效机理 接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器局部缺陷 导致电流易集中导入 产生热 击穿（si 和 al 互熔成为合金 合金熔点更低）塑封器件 烘烤效果好 当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质失效机理环境应力： 温度 温度过低易使焊锡脆化 而导致焊点脱落。， 2 失效机理的内容I失效模式与环境应力的关系任何产品都有一定的应力。a当应力强度 就会失效如过电/静电： 外加电压超过产品本身的额定值会失效b应力与时间 应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生故：如何增强强度&减少应力 能延长产品的寿命c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命 特性随时间存在变化e机械应力 如主板受热变形对零件的应力 认为用力 塑封的抗振动好应力好 陶瓷的差。f重复应力 如：冷热冲击是很好的零件筛选方法 重复应力易导致产品老化，存在不可靠性故使用其器件：不要过载；温湿度要适当II如何做失效分析例：一个EPROM在使用后不能读写1) 先不要相信委托人的话，一定要复判。2) 快始失效分析：取NG&OK品，DataSheet，查找 电源断 地 开始测试 首先做待机电流测试（IV测试） 电源对地的待机电流下降 开封发现 电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电阻，电流减小。 原因：闩锁效应 应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好，至少要大于datasheet或近似良品的值在标准范围内的。看维持电压（第二个拐点的电压），若大于标准值，则很难回到原值。若多片良品抽测都OK， 说明使用者使用不当导致。 改善措施：改善供电，加保护电路。III失效分析技术的延伸失效分析的关键是打开样品进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨别尺寸的大小），受应力越小。版本过新的产品也有可能存在可靠性问题。可能存在设计的问题。良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径破坏性物理分析（DPA）：失效前的物理分析VI失效分析的一般程序 收集失效现场数据： 作用：根据失效现场数据估计失效原因和失效责任方 根据失效环境：潮湿，辐射 根据失效应力：过电，静电，高温，低温，高低温 根据失效发生的时期：早期，随机（如维修过程中导致），磨损具体见文档：其中：随即失效的突发性可为静电，瞬间大电流即过电 电测并确定失效模式非正式测试 用得最多的为连接测试：用万用表测量各管脚 ISP（大规模可编程集成电路）端口过电应力损伤例：不良：输出特性不随输入特性变化（模拟的数据准确）万用表量正(看是否开)反向(是否漏电&短路)电阻：电源与地 正反向电阻其他端子与地 正反向电阻端子对电源 正反向电阻例 R1-OL 完全开路 或 电流为0R2-偏大 部分开路 或 电流偏小R3-偏大 部分开路 或 电流偏小 OK-0 NP Si片上加SiO2 ，在其上挖洞反之，端口电流增大，有短路非破坏检查如X-Ray，反射式扫描声学显微镜模拟失效分析技术历史重演定义：通过比较模拟试验引起的失效现象与现场失效现象，确定能够失效原因的技术。种类：高温储存，潮热，高低温循环，静电放电，过电试验，门闩试验等。绝缘体间摩擦会产生静电，人带静电没有接地相当于带电绝缘体。当接近零件时，放电。 A B 1.5K图示仪DVT 100PF（5V4。5V）/5V10。先打到A充电，再打回B放电，模拟人放电。DVT为被测设备。打静电不能作为筛选，筛选为所有产品的测试。打静电只是部分的测试，而且静电会导致产品的老化，有不可靠性。案例：打开封装 聚焦离子束技术物理作用：抛切，修改电路（可在芯片上直接修改芯片） 用途见教材P14。镜检 通电并进行失效定位（查找发光部位漏电部位（电流大）：用光反射放大镜正常发光）对失效部位进行物理化学分析，确定失效机理 焊接失效： 焊接性 由 a浸润性（材料； 薄膜（水，氧化物，油）；角度（产品本身敏感电流 触发电流越高越好f) 金属电迁移g) 金属电化学腐蚀 原子由阳极向阴极移动，使离子留在两个电极间金虚常见的电阻，电容，电路板易发生此现象 h)金属半导体接触失效不要过电；工艺控制；设计变更（追加隔离层）h) 芯片沾接失效（芯片断裂膨胀系数差异导致；形变；引线键合力度过大；封装后打印编号力度过大；Si&Al合金化过程过渡，Al深入过多Si，使局部发生厚薄度差异，使应力产生差异，而导致；）对策：避免热老化，控制温度和时间；采用合金焊：芯片和底座两金属层间加合金，金si合金即金中含20Si，300度的熔点，此适合小功率器件。较结实但易脆易断；软焊（有缓冲，难断裂）；软胶；环氧树脂；第三部分 电子元件失效机理，分析方法和纠正措施电阻器最容易发生的失效为：阻值增大；开路 a受潮，发生电腐蚀（金属原子金属离子）一端变窄，过载，烧断。 纯水不会发生电解，掺有离子的水会发生电解反应 b.过电应力 电容 电解电容用于电源滤波，一旦短路，后果严重。用于低频电路。容值大（频率越高，容值越小），寿命短；漏液使电容减少；大电流烧坏电极而短路放电；电源反接产生大电流烧坏电极，阴极氧化使绝缘膜增厚，导致电容下降；长期放置不通电，阳极氧化膜不断脱落不能及时修补，漏电电流增大，可加直流点一段时间使之修复。 降温使用,使用标称温度（85 105 125度1000h）高的电容；经常通电。 10度法则温度每升高10度，寿命缩短目前的一半。反之加倍。 坦电容易被过电烧毁。 电路串联电阻（每V，3欧姆）美军标。 多层陶瓷电容（多层使电容大）外因：再流焊使PCB变形，引起，而导致漏电流增大。内因：银迁移引起边缘漏电和介质内部漏电杂质，受潮电解反应，继电器 问题：触点飞弧放电粘结 键合点外围回路有线圈，线圈产生大的电动势时，且当键间有水气，会发生触点飞弧放电，而粘结。 连接器 卡合；被氧化电路板 离子迁移 最易发生的是两条线间的短路。当线间有水份和杂质，通电后就使离子通电，短路。可取短路物质的成份（能谱分析：Eh.1/=hL）溴能加速离子的运动，存在于助焊济中。零件分析： 外观：是否颜色变深，变深则很可能为EOS 反射式扫描声学显微象：被烧的会被炭化。有阴影的为炭化。 腐蚀开封：被炭化的塑封部分是无法的腐蚀。 XRay看键合点：看是否有断裂（受热和机械应力）过电引起金属热电迁