电子封装与测试-7-失效模式

电子封装与测试1-12周，周三第4讲，西7312主讲：余洪滔Email：yuhongtao@办公室：西5-4141微电子器件的失效及其机理器件在试制、生产、试验、运输、储存和使用过程中均会发生失效，与设计、材料、制造和使用条件密切相关失效机理定义：引起器件失效的物理或化学过程，通常是指由于（材料、结构和工艺）设计或制造中形成的潜在缺陷在某种应力下发生失效的机理失效机理是导致器件失效在材料、结构缺陷及其热学、电学、力学、冶金学、化学等方面的本质开路短路其他23失效模式与失效机理的对应关系失效模式主要失效机理开路EOS、ESD、电迁移、应力迁移、腐蚀、键合点脱落、紫斑、机械应力、热变应力短路（漏电）pn结缺陷、pn结穿钉、EOS、介质击穿、水汽、金属迁移、界面态、离子导电参漂氧化层电荷、Na离子沾污、表面离子、芯片裂纹、热载流子、辐射损伤功能失效EOS、ESD、Latch-up4微电子封装的失效及其可靠性可靠性：给定时间内器件正常工作的概率可靠性关注：制造或使用过程中由热、机械、物化环境造成的失效电子系统的复杂性：多层薄基板、窄引线、微焊接、微米尺寸组件数量增多使用环境苛刻：极端温度、耐潮、耐腐蚀和防电磁辐射产品的失效机制：热机械：疲劳、蠕变；化学：腐蚀、应力侵蚀；物理：扩散、分层、电迁移5失效分布和“浴盆式”曲线失效率随时间分布曲线早期失效：与材料/工艺缺陷有关，用热老化筛除本征失效：应力作用下的随即失效，包括腐蚀/杂质扩散/晶体枝状生长/热电迁移/循环疲劳等，减小此阶段的失效是首要目标老化失效：寿命期内正常使用逐渐产生的失效，通过预防措施来减小。失效类型：功能性失效、退化，短/开路。6789101112影响封装器件失效的因素封装器件设计：材料设计、结构设计、工艺设计工艺：划片-粘片-引线压焊-注塑-引脚成型-镀层-打标应用：储存环境、运输条件、SMT组装、外加负载、使用环境封装失效在温度变化和其他物理应力（如振动、冲击和加速度）在两种不同材料的界面产生应力会使芯片/引线断裂或开路模塑料中的杂质（K、Na、Cl等）、湿气、热膨胀和模塑料收缩，都会产生腐蚀效应、性能不良和芯片/引线断裂13141516白斑、紫斑（P22）（P22）1718192021微电子封装失效分析技术IC失效分析概述（OvereviewofICFailureAnalysis-FA)FA的目的：借助各种分析技术确认器件的失效，分辨其失效模式，确定其失效机理和原因，提出改进设计和制造工艺的建议，防止失效的重复出现，提高器件的可靠性。2223微电子封装失效分析手段物理结构分析光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、扫描探针显微镜（SPM）元素分析技术X射线能量色散谱（EDX）、X射线荧光光谱（XRF）、X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、二次离子质谱（SIMS）SEM24失效案例-引线键合断裂25失效案例-芯片与基板焊接不良26思考题失效机理定义和FA的目的失效分布和“浴盆式”曲线划片、芯片粘接和引线键合容易导致何种失效模式提高产品可靠性必须作到哪两条？以及影响半导体器件可靠性的外界菏载有哪些？半导体器件