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1、电子产品失效分析技术,内容,失效分析概论 主要失效模式及机理 失效分析基本程序 失效分析技术与设备 失效案例分析,失效分析概论,失效分析概论,1. 基本概念 失效产品丧失功能或降低到不能满足规定的要求。 失效模式电子产品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。 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。,失效分析概论,2. 失效分析的定义和作用 失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查。使用电测试以及先进的物理、金相和化学的分析技术，验证所报告的失效，确定试销模式，找出失效机理。 根据失效分析得
2、出的相关结论，确定失效的原因或相关关系，从而在产生工艺、器件设计、试验或应用方面采取纠正措施，以消除失效模式或机理产生的原因，或防止其再次出现。,主要失效模式及机理,失效模式,失效模式就是失效的外在表现形式。 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：早期失效，随机失效，磨损失效 按电测结果分：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效 按失效原因分：电应力（EOS）和静电放电（ESD）导致的失效，制造工艺不良导致的失效,失效模式及分布,集成电路,分立元件,电阻器,电容器,失效模式及分布,继电器,按插元件,失效模式及分布,失效机理,过应力失效 电过应力电源输出输入的电源、电压超过规
3、定的最大额定值。 热过应力环境温度、壳温、结温超过规定的最大额定值。 机械过应力振动、冲击、离心力或其他力学量超过规定的最大额定值。,失效机理,CMOS电路闩锁失效 条件在使用上（VI；VO）VDD或（VI；VO）VSS；或电源端到地发生二次击穿。 危害一旦导通电源端产生很大电流，破坏性和非破坏性。 失效特点点现象，内部失效判别。 。,ESD失效机理 静电放电给电子元器件带来损伤，引起的产品失效。,失效机理,过电压场致失效放电回路阻抗较高，元器件因接受高电荷而产生高电压导致电场损伤，多发生于电容器件。 过电流热致失效放电回路阻抗较低，元器件因放电期间产生强电流脉冲导致高温损伤，多发生于双极器件
4、。,失效机理,金属腐蚀失效 当金属与周围介质接触时，由于发生化学反应或电化学作用而引起金属腐蚀。 电子元器件中，外引线及封装壳内的金属因腐蚀而引起电性能恶化直至失效。 腐蚀产物形貌观察和成分测定对失效分析很有帮助。,失效机理,银离子迁移 银离子迁移是一种电化学现象，在具备水份和电场的条件时发生。,失效机理,金铝化合物失效 金和铝键合，在长期储存和使用后，金铝之间生成AuAl2，AuAl，Au2Al，Au5Al2，Au4Al等金属间化合物（IMC） 这些IMC的物理性质不同，电导率较低。 AuAl2呈紫色，俗称紫斑； Au5Al2，Au4Al呈浅金黄色，俗称黄斑；Au2Al呈白色俗称白斑。 键合
5、点生成金铝化合物后，键合强度降低、变脆开裂、接触电阻增大，器件出现性能退化或引线从键合界面处脱落导致开路。,失效机理,柯肯德尔效应 金铝键合系统中，若采用Au丝热压焊工艺，由于高温，金向铝中迅速扩散，在金层一侧留下部分原子空隙，这些原子空隙自发聚积，在金属间化合物与金属交界面上形成了空洞，这称为柯肯德尔效应。 当柯氏效应（空洞）增大到一定程度后，将使键合界面强度急剧下降，接触电阻增大，最终导致开路失效。,失效机理,金属化电迁移 在外电场作用下，导电电子和金属离子间相互碰撞发生动量交换而使金属离子受到与电子流方向一致的作用力，金属离子由负极向正极移动，这种作用力称为“电子风”。 对铝，金等金属膜
6、，电场力很小，金属离子主要受电子风的影响，使金属离子朝正极移动，在正极端形成金属离子的堆积，形成小丘，而在负极端生产空洞，使金属条断开。,失效机理,“爆米花效应”（分层效应） “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。,失效分析基本程序,失效分析基本程序,3. 失效分析程序,样品基本信息调查,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,失效分析基本程序,非破坏性分析的基本路径 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 X光照相
7、 声学扫描 模拟试验,失效分析基本程序,半破坏性分析的基本路径 可动微粒收集 内部气氛检测 开封检查 不加电的内部检查（光学，SEM，微区分析） 加电的内部检查（微探针，热像，光发射，电压衬度像，束感生电流像，电子束探针） 多余物，污染物成分分析。,失效分析基本程序,破坏性分析的基本路径 加电的内部检查（去除钝化层，微探针，聚焦离子束，电子束探针） 剖切面分析（光学，SEM，TEM） 进一步的多余物，污染物成分分析。,失效分析技术与设备,失效分析技术与设备,失效分析技术与设备,失效分析技术与设备,制样技术 机械加工工具 研磨、抛光 化学腐蚀 有机溶解 反应离子刻蚀 聚焦离子束（FIB）,FIB
8、,失效分析技术与设备,形貌观察技术 目检 光学显微镜（立体显微镜、金相显微镜） SEM扫描电子显微镜 TEM投射电子显微镜 AFM原子力显微镜 X-RAY透视 SAM扫描声学显微镜,失效分析技术与设备,结构 主架 载物台 照明系统 目镜系统 物镜系统 拍照系统,光学显微镜,失效分析技术与设备,SEM-EDS,失效分析技术与设备,Topography of Carbon Particle Sample (BFI),TEM,失效分析技术与设备,AFM,失效分析技术与设备,结构 X射线源 屏蔽箱 样品台 X射线接收成像系统,X-Ray透视系统,失效分析技术与设备,结构 换能器及支架 脉冲收发器 示波
9、器 样品台（水槽） 计算机控制系统 显示器,SAM,失效分析技术与设备,成分分析技术 EDSX射线能量色散谱 AES俄歇电子能谱 SIMS二次离子质谱 XPSX光电子能谱 FTIR红外光谱 GCMS气质联用 IC离子色谱 内腔体气氛检测分析,失效分析技术与设备,AES,失效分析技术与设备,TOF-SIMS,失效分析技术与设备,XPS 用途：主要用于固体样品表面的组成、化学状态分析。能进行定性、半定量及价态分析。,XPS,失效分析技术与设备,Condensed smear from compressed air,FTIR,失效分析技术与设备,内部无损分析技术 X-Ray透视观察 SAM扫描声学显
10、微镜 PIND内部粒子噪声分析 气密性分析,失效分析技术与设备,故障定位技术 电参数检测分析定位（探针检测） 形貌观察定位 液晶敏感定位 红外热成像定位 光辐射显微定位,失效分析技术与设备,目的：确认失效模式和失效管脚定位，识别部分失效机理。 方法：与同批次好品同时进行功能测试和管脚直流特性（I-V特性）测试，对照良好样品、产品规范，解释差异。 结果：可识别参数漂移、参数不合格、开路、短路与失效现场不一致等失效模式和机理。,良好样品的I-V特性曲线,失效样品的I-V特性曲线,电参数检测分析,红外热像技术,改进前的混合电路热分布图,改进后的混合电路热分布图,失效分析技术与设备,失效分析技术与设备
11、,应力实验分析 环境应力实验分析 电应力实验分析 机械应力实验分析,失效案例分析,失效案例分析,LEACH继电器失效分析全过程 应了解的信息（相关知识、失效样品信息、失效相关信息） 失效模式确认 制定分析方案（动态） 证据提取、分析推进 综合分析和结论 编写报告,失效案例分析,了解继电器相关知识 种类：电磁继电器、固体继电器 结构：电磁系统、触点系统、机械传动系统 电磁继电器的工作原理： 电驱动线圈 产生磁力 机械力 带动触点 完成电连接 簧片或弹簧力 断开触点 完成电切断,失效案例分析,继电器主要失效模式和失效机理,失效案例分析,了解失效样品产品信息 气密封装 工作电压DC48V 触点电压1
12、25V 触点电流5A 触点电阻955 了解现场失效信息 使用场合：空调环境（27C） 失效现象：壳温高 使用时间：一年多 失效率：12.5%,失效案例分析,确定失效模式 线圈温度异常 线圈电阻异常（严重减小） 漆包线漆膜破裂，铜芯丝裸露 漆包线短路漏电 结论：线圈失效,失效案例分析,失效原因分析,FTIR分析结果,失效案例分析,差热分析结果,失效案例分析,气相色谱质谱分析结果,失效案例分析,小结 失效样品漆包线性能不合格。 失效样品150 213 存在氧化放热反应，放热反应峰值温度为170 。 失效样品发生氧化放热反应是因为漆膜中的增塑剂氧化放热。 良品300 内无放热反应。,失效案例分析,结论 99年批次继电器漆包线漆膜退化引起线圈匝间和层间漏电、短路失效。 励磁功率产生温升 漆膜增塑剂退化 漆膜开裂、脱落 线包匝间或层间漏电、短路 线包励磁功率增大 线包温度上升的恶性循环 02年批次继电器，漆包线的漆膜改为2级漆膜，漆膜性能稳定。,Thank you!,