封装可靠性及失效分析PPT课件
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可靠性分析--失效分析-PPT
失效分析的对象可以是一个完整的电子产品设备，一块 单板也可以是一个元器件，但制定分析程序的基本原则 是一致的。如下：
先方案后操作 先安检后通电 先弱点后强点 先静态后动态 先外部后内部 先宏观后微观
先外设后主机 先电源后负载 先一般后特殊 先公用后专用 先简单后复杂 先主要后次要 先断电后换件 先无损后破坏 最后一定要对每一项工作做好认真的笔记，以提高失效分
• 失效分析
失效分析(Failure Analysis)的定义
失效分析是通过对失效的元器件进行必要的电、物 理、化学检测，并结合元器件失效前后的具体情况 进行 技术分析，以确定元器件的失效模式、失效机 理和造成 失效的原因。 失效分析既要从本质上研究元器件自身的 不可靠性 因素，又要分析研究其工作条件、环境应力和 时间 等因素对器件发生失效所产生的影响。 失效分析在 可靠性设计、材料选择、工艺制造和使 用维护等方面都 为有关人员提供各种科学依据。
提出预防措施及设计改进方法 根据机理分析，提出消除产生失效的办法和建议 反馈到设计、工艺、使用单位等各个方面，以便控制 乃
至完全消除主要失效模式的出现
发挥团队力量，提出防止产生失效的设想和建议 包括材料、工艺、电路设计、结构设计、筛选方法和 条
件、使用方法和条件、质量控制和管等方面
失效模式就是元器件失效的表现形式 半导体器件：开 路、短路、无功能、特性退化(劣化) 一般通过观察或 电性能测试就能发现
确定失效机理，需要选用分析、试验和观测设备对失效 样品 进行仔细分析，验证失效原因的判断是否属实。
有时需要用合格的同种元器件进行类似的破坏性试验， 观察 是否产生相似的失效现象，通过反复验证。
以失效机理的理论为指导，对失效模式、失效原因进行 理论 推理，并结合材料性质、有关设计和工艺的理论及 经验，提 出在可能的失效条件下导致该失效模式产生的 内在原因或具 体物理化学过
半导体器件可靠性与失效分析微电子ppt
包括热设计、防静电设计、防辐射设 计、布线设计等。
02
失效分析
失效定义与分类
失效定义
器件无法完成其预定功能或性能恶化到无法接受的程度。
失效分类
功能失效和结构失效，按性质可分为软失效和硬失效，按物理效应可分为可恢复失效和不可恢复失效 。
失效分析方法
外观检查
电气测试
X射线检测
切片分析
化学成分分析
通过肉眼观察器件外观 是否存在明显的缺陷或 损伤，如裂纹、变形、 烧伤等。
05
案例分析与讨论
典型失效案例分析
案例1
一个高可靠性MEMS压力传感器的失效分析 。
案例2
一个微电子电路中的热失效问题。
案例3
一个存储器芯片的突发性失效。
失效预防与可靠性提升措施
预防措施1
采用高可靠性设计和制造技术。
预防措施2
优化芯片封装和测试流程。
预防措施3
重视生产过程中的质量控制。
提升措施1
控制晶圆的几何形状、表 面平整度和化学组成，确 保晶圆具有一致性和可靠 性。
薄膜沉积环节
通过优化工艺参数和选用 合适的薄膜材料，提高薄 膜的质量和可靠性。
光刻环节
精确控制光刻胶的厚度、 光刻掩膜版的质量以及曝 光能量等参数，确保器件 的尺寸精度和可靠性。
刻蚀环节
通过选用合适的刻蚀气体 、功率等参数，确保刻蚀 的效果和可靠性。
通过测试器件的电压、 电流、电阻等电气参数 ，判断器件是否存在电 气故障。
利用X射线对器件内部进 行无损检测，发现微小 缺陷和内部结构问题。
通过将器件切割成薄片 进行观察和分析，了解 器件内部结构和材料的 组成及分布情况。
采用光谱分析、质谱分 析、能谱分析等方法， 检测器件中各元素的种 类、含量及分布情况。
02
失效分析
失效定义与分类
失效定义
器件无法完成其预定功能或性能恶化到无法接受的程度。
失效分类
功能失效和结构失效，按性质可分为软失效和硬失效，按物理效应可分为可恢复失效和不可恢复失效 。
失效分析方法
外观检查
电气测试
X射线检测
切片分析
化学成分分析
通过肉眼观察器件外观 是否存在明显的缺陷或 损伤，如裂纹、变形、 烧伤等。
05
案例分析与讨论
典型失效案例分析
案例1
一个高可靠性MEMS压力传感器的失效分析 。
案例2
一个微电子电路中的热失效问题。
案例3
一个存储器芯片的突发性失效。
失效预防与可靠性提升措施
预防措施1
采用高可靠性设计和制造技术。
预防措施2
优化芯片封装和测试流程。
预防措施3
重视生产过程中的质量控制。
提升措施1
控制晶圆的几何形状、表 面平整度和化学组成，确 保晶圆具有一致性和可靠 性。
薄膜沉积环节
通过优化工艺参数和选用 合适的薄膜材料，提高薄 膜的质量和可靠性。
光刻环节
精确控制光刻胶的厚度、 光刻掩膜版的质量以及曝 光能量等参数，确保器件 的尺寸精度和可靠性。
刻蚀环节
通过选用合适的刻蚀气体 、功率等参数，确保刻蚀 的效果和可靠性。
通过测试器件的电压、 电流、电阻等电气参数 ，判断器件是否存在电 气故障。
利用X射线对器件内部进 行无损检测，发现微小 缺陷和内部结构问题。
通过将器件切割成薄片 进行观察和分析，了解 器件内部结构和材料的 组成及分布情况。
采用光谱分析、质谱分 析、能谱分析等方法， 检测器件中各元素的种 类、含量及分布情况。
FA失效模式分析PPT课件 (2)全篇
7. 搞过项目管理，会引导团队达成目标。
8. 可靠性有投入，能做风险验证和拍板，对产品
的发货负责。
9. 了解器件应用、对应用分析有一定的经验。
10. 较强的推动能力、勇于挑战。
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1.3 什么是“失效机理”? --- 失效机理是指导致器件失效的物理、化学、电和
机械应力的过程。
常见的失效机理有：
表面劣化
插芯端面磨损
体内劣化
芯片透镜脏污
零部件损坏
Filter破裂
材料缺陷
设计缺陷
使用不当
芯片偏心量超标
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镜架漏光
使用环境温度110℃
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1.0 基本概念
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3.0 意义和价值
3.3 通过建立反馈系统，共享技术信息，推动技 术革新。
失效分析的反馈系统可与技术开发和市场部门、甚至 与国家的质量管理部门、可靠性研究中心、数据中心及数 据交换网相结合。转化为各类技术文献，减少失效发生几 率，增加经济效益。
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(FA)失效分析基本常识 及操作流程
—— 建立失效分析管理程序
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1.0 基本概念
1.1 什么是“失效分析” 、“FA”? 失效分析：
--- 是指产品失效后，通过对产品及其结构、使用和技术文 件的系统研究，从而鉴别失效模式、确定失效机理和失 效演变的过程。
FA: --- Failure Analysis
先进行外观检查再做参数 测试和功能测试。
封装可靠性与失效分析93页PPT
封装可靠性与失效分析
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道
电子封装与测试7-失效模式ppt课件
物理结构分析
光学显微镜（OM）、扫描S电EM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）
24
西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
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
西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
失效分布和“浴盆式”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
功能失效 EOS、ESD、Latch-up
4
西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
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
3
西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
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
光学显微镜（OM）、扫描S电EM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）
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西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
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
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西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
失效分布和“浴盆式”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
功能失效 EOS、ESD、Latch-up
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西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
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
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西 南 科 技 大 学， 材 料 科 学 与 工 程 学 院
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
封装可靠性及失效分析 ppt课件
• 收集现场失效数据
封装可靠性及失效分析
• 电测技术
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 打开封装
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 失效定位技术
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 微焦点X射线检测
封装可靠性及失效分析
• 激光温度响应方法
封装可靠性及失效分析
• 激光温度响应方法原理
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 疲劳寿命与应力和应变的关系
封装可靠性及失效分析
• 应力应变洄滞曲线
封装可靠性及失效分析
ACF键合的剥离强度失效
封装可靠性及失效分析
ACF键合的剥离强度失效
封装可靠性及失效分析
扩散引起的失效-铝钉
封装可靠性及失效分析
• 铝钉的形成过程
封装可靠性及失效分析
• 扩散引起的失效-紫斑
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
封装可靠性及失效分析
• 焊点界面的金属间化合物
封装可靠性及失效分析
• 老化时间对接头强度的影响
封装可靠性及失效分析
• 由热失配导致的倒装失效
封装可靠性及失效分析
• 钎料合金的力学性能对寿命的影响
封装可靠性及失效分析
• 电测技术
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 打开封装
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 失效定位技术
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 微焦点X射线检测
封装可靠性及失效分析
• 激光温度响应方法
封装可靠性及失效分析
• 激光温度响应方法原理
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 疲劳寿命与应力和应变的关系
封装可靠性及失效分析
• 应力应变洄滞曲线
封装可靠性及失效分析
ACF键合的剥离强度失效
封装可靠性及失效分析
ACF键合的剥离强度失效
封装可靠性及失效分析
扩散引起的失效-铝钉
封装可靠性及失效分析
• 铝钉的形成过程
封装可靠性及失效分析
• 扩散引起的失效-紫斑
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
封装可靠性及失效分析
• 焊点界面的金属间化合物
封装可靠性及失效分析
• 老化时间对接头强度的影响
封装可靠性及失效分析
• 由热失配导致的倒装失效
封装可靠性及失效分析
• 钎料合金的力学性能对寿命的影响
可靠性分析 失效分析
确定失效模式
一般通过观察或电性能测试可以确定。
通过立体显微镜检查，观察失效样品的外观标志是 否完整、 是否存在机械损伤、是否有腐蚀痕迹等；
利用金相显微镜和扫描电子显微镜等设备观察失效 部位的 形状、大小、位置、颜色，机械和物理结构、物理特性等， 准确的描述失效特征模式。
通过电特性测试，判断其电参数是否与原始数据相 符，分 析失效现象可能与失效样品中的哪一部分有关；
电容器常见的失效模式和失效机理
电容器常见的失效模式和失效机理
半导体器件常见的失效模式和失效机理
半导体器件常见的失效模式和失效机理
半导体器件常见的失效模式和失效机理
半导体器件常见的失效模式和失效机理
明确分析对象 失效分析首先要明确分析对象及失效发生的背景。
使用者： 记录下失效元器件的失效现象、失效时的环境条 件、在系 统的位置和作用以及经历等。
分析者： 了解失效发生时的状况，初步确定失效发生的阶 段通过外观检查、电学检测以及显微镜光学观 察确认失效现象 。在条件许可的情况下，尽可能的 复现失效进行复验，以明确分析对象是否确实失效， 避免无效的工作。
提出预防措施及设计改进方法 根 Nhomakorabea机理分析，提出消除产生失效的办法和建议 反馈到设计、工艺、使用单位等各个方面，以便控制 乃
至完全消除主要失效模式的出现
发挥团队力量，提出防止产生失效的设想和建议 包括材料、工艺、电路设计、结构设计、筛选方法和 条
件、使用方法和条件、质量控制和管理等方面
判断失效原因
根据失效模式、材料性质、制造工艺理论和经验，
结合观察到的相应失效部位的形状、大小、位置、颜色以及 化学组成、物理结构、物理特性等因素。
《失效分析案例》课件
02
失效分析的方法与技术
介绍了各种失效分析的方法和技术，如外观检查、化学分析、金相切片
、扫描电子显微镜等，以及它们在失效分析中的应用。
03
失效分析案例介绍
列举了一些典型的失效分析案例，包括电子产品、机械零件、复合材料
等，详细介绍了这些案例的失效模式、失效机理和失效原因。
失效分析的展望
失效分析技术的发展趋势
案例三：材料失效
总结词
材料检测、工艺优化、热处理
详细描述
针对材料失效，进行材料检测和工艺优化是关键。通过合理的热处理和加工工艺 ，可以改善材料的性能，提高其抗失效能力。同时，加强材料保护和使用合适的 涂层也是预防材料失效的重要手段。
案例四：结构失效
01 总结词
强度不足、失稳、疲劳
02
详细描述
结构失效通常表现为强度不足 、失稳和疲劳等问题。这些失 效原因可能导致建筑物、桥梁 等结构性能下降、功能丧失或 引发安全问题。
在产品维修和保障阶段，FMEA可以用于分析产品在使用过程中可能出现的问题， 预测产品的寿命和可靠性，为维修和保障计划提供依据。
05 预防与纠正措施
电子产品失效预防与纠正措施
总结词
电子产品失效预防与 纠正措施是确保电子 产品可靠性和性能的 关键。
元器件选择
选择质量稳定、可靠 性高的元器件，避免 使用次品或假冒伪劣 产品。
详细失效分析
采用各种技术和方法，深入分 析失效机制和根本原因。
验证与实施
对改进措施进行验证，并在实 际中实施，以改善产品的可靠 性和性能。
02 失效案例选择与 介绍
案例一：电子产品失效
总结词
详细描述
总结词
详细描述
半导体器件可靠性与失效分析培训教材课件(PPT52页)
▪MEMS器件的主要失效机理 1.粘附----两个光滑表面相接触时，在力作用 下粘附在一起的现象； 2.蠕变----机械应力作用下原子缓慢运动的现 象；变形、空洞； 3.微粒污染----阻碍器件的机械运动； 4. 磨损----尺寸超差，碎片卡入； 5. 疲劳断裂----疲劳裂纹扩展失效。
半导体器件可靠性与失效分析培训教 材(PPT5 2页)工 作培训 教材工 作汇报 课件管 理培训 课件安 全培训 讲义PP T服务 技术
▪器件：在工厂生产加工时改变了分子结构的 成品，本身能产生电子，对电压电流的控制、 变换(放大、开关、整流、检波、振荡和调制 等)，也称电子器件。
▪分类(来源： ▪2007年版的 ▪《军用电子 ▪元器件合格 ▪产品目录》)
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▪声表面波器件
半导体器件可靠性与失效分析培训教 材(PPT5 2页)工 作培训 教材工 作汇报 课件管 理培训 课件安 全培训 讲义PP T服务 技术
3. 孙青等,<电子元器件可靠性工程>,电子工 业出版社.
理论教学内容
1.元器件概述(1) 2.元器件制造工艺与缺陷(1) 3.微电子封装技术与失效(1) 4.可靠性试验与评价技术(3) 5.使用可靠性设计(2) 6.元器件的降额设计与热设计(4) 7.静电放电损伤及防护(2) 8.可靠性筛选(2) 9.破坏性物理分析与失效分析(6) 10.失效分析案例(4)
半导体器件可靠性与失效分析培训教 材(PPT5 2页)工 作培训 教材工 作汇报 课件管 理培训 课件安 全培训 讲义PP T服务 技术
▪器件：在工厂生产加工时改变了分子结构的 成品，本身能产生电子，对电压电流的控制、 变换(放大、开关、整流、检波、振荡和调制 等)，也称电子器件。
▪分类(来源： ▪2007年版的 ▪《军用电子 ▪元器件合格 ▪产品目录》)
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半导体器件可靠性与失效分析培训教 材(PPT5 2页)工 作培训 教材工 作汇报 课件管 理培训 课件安 全培训 讲义PP T服务 技术
半导体器件可靠性与失效分析培训教 材(PPT5 2页)工 作培训 教材工 作汇报 课件管 理培训 课件安 全培训 讲义PP T服务 技术
▪声表面波器件
半导体器件可靠性与失效分析培训教 材(PPT5 2页)工 作培训 教材工 作汇报 课件管 理培训 课件安 全培训 讲义PP T服务 技术
3. 孙青等,<电子元器件可靠性工程>,电子工 业出版社.
理论教学内容
1.元器件概述(1) 2.元器件制造工艺与缺陷(1) 3.微电子封装技术与失效(1) 4.可靠性试验与评价技术(3) 5.使用可靠性设计(2) 6.元器件的降额设计与热设计(4) 7.静电放电损伤及防护(2) 8.可靠性筛选(2) 9.破坏性物理分析与失效分析(6) 10.失效分析案例(4)
12_封装可靠性与失效分析-课件
1.温度循环（TC） －40℃或－55℃或－65℃到＋
2. 高温 / 高湿 / 偏压 高温、高湿环境并施正偏压或反向 铝引线或铝金属化层的 偏压工作。通常为85℃/85%RH/ 腐蚀；模塑料中的离子 （THB）
额定偏臵 性杂质的浸蚀。
3.高温贮存寿命 （HTS） 4.压力锅试验 （PCT）
高温环境下，施加偏压或不加偏压下工 高温失效机理； 作。 Al-Au互扩形成金属间化 如125℃或150℃下1000h。 合物，或金属-Si互扩散。
JEDEC（Joint Electron Devices Engineering Council ）,电子元件工业联合会，作 为一个全球性组织，JEDEC所制定的标准为全行业所接受和采纳。 MIL-STD 美国军用标准，当今世界技术最先进、体系最完备的军用标准 。
温度循环曲线示意
JESD22-A104D
a注：与封装或组装密切关联的失效共计28.1%
过载(Overstress) 大弹性变形 机械 - 屈服
失效机理
磨损(Wear out)
热
- 断裂—脆性，韧性 - 裂纹，爆裂(Popcorn) - 弯曲 - 界面分开 - 热过载 - 接近Tg(玻璃化温度)
- 融化 - 蠕变断裂温度
机械
- 高低周疲劳 - 蠕变 - 磨损（磨粒磨损 等） - 金属迁移 （电/离子迁移） - 应力驱动扩散 - 表面充电 - 内部扩散 Kirkendall空洞 - 氢脆 - 腐蚀 - 解聚
失效率＝失效率函数
n（t t） n（t） n（t） （t） [ N n（t） ]t [ N n（t） ]t
N为产品的总数，且足够大； n(t)为N个产品从开始工作到t时刻的累积失效数。
可靠性测试及失效分析介绍
Ball Bond
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常用檢測分析工具（6）
Auto Decapsulation
40
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常用檢測分析工具（7）
Precision Saws
Manufacturer/Model﹕Buehler/Isomet1000 精確度﹕0.1mm
Resolution﹕0.1mm 鋸片直徑 : 7 Inch Diameter Saw﹕7 Inch 切割速度 ﹕975RPM Saw Rate ﹕975RPM
入並腐蝕的能力。
條件(步驟)：THT--85 ℃ /85%RH,bias,1000hrs HAST--130 ℃ /85%RH/2atm,bias,100hrs。
失效機理：相對高壓蒸煮，偏置電壓在潮濕的晶片表面加速了鋁線及
鍵合區的電化學腐蝕。同時，水汽帶入的雜質及塑封體內 的雜質在電應力作用下聚集在鍵合區附近和塑封體內引腳 之間而形成漏電通道。 24hrs HAST≈1000hrs THT。
失效機理是指失效的物理化學過程，如疲勞、腐蝕和 過應力等。
21
常用檢測手段（1）
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常用檢測手段（2）
23
常用檢測手段（3）
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常用檢測手段（4）
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常用檢測手段（4）
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常用檢測手段（5）
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常用檢測手段（6）
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常用樣品製備手段
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常用檢測分析工具（1）
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常用檢測分析工具（1）
Reliability Test Machine
Oven, Refrigerator ---- 200ºC Max, -60ºC Min
Evaluate product durability at high, low temperature
封装可靠性及失效分析(共66张PPT)
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
1.1芯片键合
失效机理
扩散 化学失效 热失配和热疲劳
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
• 焊点界面的金属间化合物
• 老化时间对接头强度的影响 ACF键合的剥离强度失效
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 焊点界面的金属间化合物 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 由热失配导致的倒装失效 老化时间对接头强度的影响 热膨胀系数不匹配导致的Whisker 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响 扩散引起的失效-电位移 老化时间对接头强度的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 桥连过程的结果-能量变化 钎料合金的力学性能对寿命的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响
• 电位移引起的失效评估-防治措施
• 电位移导致的晶须短路
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理
引线桥连缺陷
• 桥连发生的过程
• 桥连发生的过程解析
• 桥连过程的结果-能量变化
• 焊盘宽度的设计准则
• 墓碑缺陷
• 热膨胀系数不匹配导致的Whisker
钎料合金的力学性能对寿命的影响 老化时间对接头强度的影响 封装可靠性及失效分析 钎料合金的力学性能对寿命的影响 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 由热失配导致的倒装失效 影响芯片键合热疲劳寿命的因素 老化时间对接头强度的影响 1芯片键合 1芯片键合 ACF键合的剥离强度失效 焊点界面的金属间化合物 1芯片键合 桥连过程的结果-能量变化 桥连过程的结果-能量变化 ACF键合的剥离强度失效 疲劳寿命与应力和应变的关系 焊点形状对疲劳寿命的影响 疲劳寿命与应力和应变的关系 扩散引起的失效-电位移
封装可靠性及失效分析
1.1芯片键合
失效机理
扩散 化学失效 热失配和热疲劳
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
• 焊点界面的金属间化合物
• 老化时间对接头强度的影响 ACF键合的剥离强度失效
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 焊点界面的金属间化合物 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 由热失配导致的倒装失效 老化时间对接头强度的影响 热膨胀系数不匹配导致的Whisker 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响 扩散引起的失效-电位移 老化时间对接头强度的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 桥连过程的结果-能量变化 钎料合金的力学性能对寿命的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响
• 电位移引起的失效评估-防治措施
• 电位移导致的晶须短路
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理
引线桥连缺陷
• 桥连发生的过程
• 桥连发生的过程解析
• 桥连过程的结果-能量变化
• 焊盘宽度的设计准则
• 墓碑缺陷
• 热膨胀系数不匹配导致的Whisker
钎料合金的力学性能对寿命的影响 老化时间对接头强度的影响 封装可靠性及失效分析 钎料合金的力学性能对寿命的影响 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 由热失配导致的倒装失效 影响芯片键合热疲劳寿命的因素 老化时间对接头强度的影响 1芯片键合 1芯片键合 ACF键合的剥离强度失效 焊点界面的金属间化合物 1芯片键合 桥连过程的结果-能量变化 桥连过程的结果-能量变化 ACF键合的剥离强度失效 疲劳寿命与应力和应变的关系 焊点形状对疲劳寿命的影响 疲劳寿命与应力和应变的关系 扩散引起的失效-电位移
《失效分析》PPT课件
弹性变形失效 疲劳断裂失效 磨损失效 蠕变失效
电子元件的失效模式通过废次品、早期失 效、试验失效等形式表现出来 。
由于软件的错误导致系统输出不满足规定的
要求，称为软件失效。 通常由软件的内在缺陷即软件故障引起。
软件的失效模式具有如下特点： 软件的失效主要由设计缺陷造成，与拷贝无关； 软件没有磨损现象； 软件通过纠错其可靠性随时间可能提高； 软件的可靠性与其使用的环境没有直接的关系； 同样的软件在同样的条件下发生失效，不能通过
2
…
n
ti
t1
t2
…
tn
F(ti)
F(t1)
F(t2)
…
F(tn)
b. 估计累积分布函数F(ti) 当产品数n≤20时 F(ti)=i/(n+1) (平均秩) F(ti)=(i-0.3)/(n+0.4) (中位秩)
当产品数n>20时 F(ti)=i/n
c. 以失效时间ti为横坐标，R(ti)为纵坐标，在直角坐 标系中作图，并连成光滑曲线，得到可靠度函数曲线。
将区间（-∞，∞）根据具体情况分为k个不相交的 区间：（a1,a2]，（a2,a3]，…，(ak,ak+1)。
子样观测值x1、x2、…、xn落在第i个区间(ai,ai+1) 的个数mi称为第i个区间的实际频数，mi/n为相应的频 率。在第i个区间内的理论概率pi由下式决定
pi=P(ai<x≤ai+1)=F0(ai+1)- F0(ai), i=1,2,…,k npi称为第i个区间内的理论频数.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中计算:
pi 1 exp( ti/ 293) 1 exp( ti1/ 293)
2 k (mi npi )2 36.905
电子元件的失效模式通过废次品、早期失 效、试验失效等形式表现出来 。
由于软件的错误导致系统输出不满足规定的
要求，称为软件失效。 通常由软件的内在缺陷即软件故障引起。
软件的失效模式具有如下特点： 软件的失效主要由设计缺陷造成，与拷贝无关； 软件没有磨损现象； 软件通过纠错其可靠性随时间可能提高； 软件的可靠性与其使用的环境没有直接的关系； 同样的软件在同样的条件下发生失效，不能通过
2
…
n
ti
t1
t2
…
tn
F(ti)
F(t1)
F(t2)
…
F(tn)
b. 估计累积分布函数F(ti) 当产品数n≤20时 F(ti)=i/(n+1) (平均秩) F(ti)=(i-0.3)/(n+0.4) (中位秩)
当产品数n>20时 F(ti)=i/n
c. 以失效时间ti为横坐标，R(ti)为纵坐标，在直角坐 标系中作图，并连成光滑曲线，得到可靠度函数曲线。
将区间（-∞，∞）根据具体情况分为k个不相交的 区间：（a1,a2]，（a2,a3]，…，(ak,ak+1)。
子样观测值x1、x2、…、xn落在第i个区间(ai,ai+1) 的个数mi称为第i个区间的实际频数，mi/n为相应的频 率。在第i个区间内的理论概率pi由下式决定
pi=P(ai<x≤ai+1)=F0(ai+1)- F0(ai), i=1,2,…,k npi称为第i个区间内的理论频数.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中计算:
pi 1 exp( ti/ 293) 1 exp( ti1/ 293)
2 k (mi npi )2 36.905
可靠性测试与失效综合分析
可靠性测试 与
失效综合分析
2020/5/7
可靠性测试与失效分析
可靠性基本概念
2020/5/7
1
可靠性测试与失效分析
前言
1.前言
质量（Quality）和可靠性（Reliability）是IC产品的生命，好 的品质及使用的耐力是一颗优秀IC产品的竞争力所在。在做产品验 证时我们往往会遇到三个问题，验证什么，如何去验证，哪里去验 证，验证后的结果分析(Failure analysis), 如何进行提高 (Improvement). 解决了这些问题，质量和可靠性就有了保证，制造 商才可以大量地将产品推向市场，客户才可以放心地使用产品。
2020/5/7
3
可靠性测试与失效分析
质量与可靠性
➢质量与可靠性的相关性 质量提高，器件的一致性变好(如参数分布等) 器件的一致性更好，可靠性则更均匀(uniform)。 质量缺陷的问题被解决，则该缺陷引起的可靠性失效则不 会发生。 更进一步说，高质量等于高可靠性。
2020/5/7
4
可靠性测试与失效分析
) 格率为5%/1000hrs(50ppm
2020/5/7
12
可靠性测试与失效分析
可靠性测试
2020/5/7
Industrial
10 years
Part time / Full time
Installed telecom equipment, work stations, servers, warehouse equipment, etc.
Automotive 10-20 years
Custom
Various
可靠性试验
3.可靠性试验
可靠性试验是评估产品一定时间内可靠性水平,暴露存在的问题。 规定条件—环境条件(温度/湿度/振动等)，负载大小，工作方式等。 规定时间—随时间推移，产品可靠度下降。 规定功能—所有功能和技术指标。
失效综合分析
2020/5/7
可靠性测试与失效分析
可靠性基本概念
2020/5/7
1
可靠性测试与失效分析
前言
1.前言
质量（Quality）和可靠性（Reliability）是IC产品的生命，好 的品质及使用的耐力是一颗优秀IC产品的竞争力所在。在做产品验 证时我们往往会遇到三个问题，验证什么，如何去验证，哪里去验 证，验证后的结果分析(Failure analysis), 如何进行提高 (Improvement). 解决了这些问题，质量和可靠性就有了保证，制造 商才可以大量地将产品推向市场，客户才可以放心地使用产品。
2020/5/7
3
可靠性测试与失效分析
质量与可靠性
➢质量与可靠性的相关性 质量提高，器件的一致性变好(如参数分布等) 器件的一致性更好，可靠性则更均匀(uniform)。 质量缺陷的问题被解决，则该缺陷引起的可靠性失效则不 会发生。 更进一步说，高质量等于高可靠性。
2020/5/7
4
可靠性测试与失效分析
) 格率为5%/1000hrs(50ppm
2020/5/7
12
可靠性测试与失效分析
可靠性测试
2020/5/7
Industrial
10 years
Part time / Full time
Installed telecom equipment, work stations, servers, warehouse equipment, etc.
Automotive 10-20 years
Custom
Various
可靠性试验
3.可靠性试验
可靠性试验是评估产品一定时间内可靠性水平,暴露存在的问题。 规定条件—环境条件(温度/湿度/振动等)，负载大小，工作方式等。 规定时间—随时间推移，产品可靠度下降。 规定功能—所有功能和技术指标。
封装失效分析1
第二单元 集成电路芯片封装可靠性知识—郭小伟（60学时）第一章、可靠性试验1．可靠性试验常用术语试验名称 英文简称 常用试验条件备注温度循环 TCT （T/C ） －65℃~150℃, dwell15min, 100cycles 试验设备采用气冷的方式，此温度设置为设备的极限温度 高压蒸煮 PCT 121℃，100RH., 2ATM,96hrs 此试验也称为高压蒸汽，英文也称为autoclave热冲击 TST （T/S ）－65℃~150℃, dwell15min, 50cycles 此试验原理与温度循环相同，但温度转换速率更快，所以比温度循环更严酷。
稳态湿热 THT85℃,85%RH.,168hrs 此试验有时是需要加偏置电压的，一般为Vcb=0.7~0.8BVcbo,此时试验为THBT 。
易焊性 solderability 235℃,2±0.5s此试验为槽焊法，试验后为10~40倍的显微镜下看管脚的上锡面积。
耐焊接热 SHT260℃,10±1s 模拟焊接过程对产品的影响。
电耐久 Burn inVce=0.7Bvceo,Ic=P/Vce,168hrs模拟产品的使用。
（条件主要针对三极管）高温反偏 HTRB 125℃,Vcb=0.7~0.8BVcbo,168hrs主要对产品的PN 结进行考核。
回流焊 IR reflowPeak temp.240℃（225℃）只针对SMD 产品进行考核，且最多只能做三次。
高温贮存 HTSL 150℃,168hrs产品的高温寿命考核。
超声波检测 SAT CSCAN,BSCAN,TSCAN检测产品的内部离层、气泡、裂缝。
但产品表面一定要平整。
2．可靠性试验条件和判断试验流程:F/T SAT1-4 1-5 F/T 1-6 1-72:T/S 3: T/C 4:PCT 5: THT 6:HSTL以客户为代表为例子:客户1：precondition TCT –55/125℃,5cycles for L1,l2,L3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –55/125℃,10min,200cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,96hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,168/500/1000hrs sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户2：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,10min,500cycles sample size: 77Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,1000hrs sample size: 77 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,1000hrs sample size:77 Ac:Re=(0,1)HAST: 130℃/85%rh,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)客户3：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 24 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168hrs sample size:24 Ac:Re=(0,1)客户4：precondition T/C N/A ，L1 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,100/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168/336hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃10SEC sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户5：QFP 做 precondition，DIP不做preconditionprecondition T/C N/A，L3 sample size：184 Ac:Re=(5,6)T/C: –65/150℃,15min,200/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168/500/1000hrs sample size:45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃5SEC sample size: 15 Ac:Re=(0,1)塑料密封等级塑料密封等级：在装配现场拆包后地面存放期标准试验条件LEVEL 1 在小于30C/85%相对湿度无期限 85C/85% 168小时LEVEL 2 在30C/60%条件下1年85C/60% 168小时LEVEL 3 在小于30C/60%条件下1周 30C/60% 192小时加速=60C/60% 40小时SAMPLE：50塑料密封等级试验步骤：1． DC和功能测试2．外观检查（在80倍以上显微镜下检查）3． SAT扫描4． BAKE 125C/24小时5．做LEVEL 相应条件的试验6．在15分钟后和4小时内做3次回流焊—注意温度曲线必须提供和符合JEDEC标准。
失效分析第一章ppt课件
失效模式是指构件失效后的外观形式，即可观 察的、可测量的失效的宏观特征。比如，脆性断 裂疲劳开裂、接触磨损等。
根据构件失效的宏观特征，失效模式应有五种：
(1) 变形(deformation )
(2) 断裂(fracture)
(3) 腐蚀 (corrosion)
(4) 磨损(wear)
(5) 衰减(attenuation): 微结构随时间、环境等因 素渐变弱化
20钢
Al2O3
橡胶
MMC
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.3失效分析的综合性
产品质量管理一般实行“五要素”法管理： “人、机、料、法、环”
“人、机、料、法、环、测” 但产品的失效分析更复杂，分析人员不仅 需要有材料、工艺、结构、力学、控制、 检验等专业知识，还要懂得安装、维护、 运行、环境等工程知识，同时也要熟悉生 产过程涉及的标准、规范、规程，还包括 心理学等在内的一些管理知识。
1.1.1失效问题每时每刻都在发生，遍及各行 各业
1.1.2失效会造成巨大的经济损失
2006年11月21日发射，2007年11月18日指出，该卫星太阳能帆 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 板无法打开，一直不能正常工作。直接经济损失20亿RMB，间接 损失1000亿元以上。
应该指出：“失效”和“事故”是两个不同的概 念
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• 桥连过程的结果-能量变化
1.2封装互连缺陷
• 焊盘宽度的设计准则
1.2封装互连缺陷
• 墓碑缺陷
1.2封装互连缺陷
1.2封装互连缺陷
1.2封装互连缺陷
• 热膨胀系数不匹配导致的Whisker
1.2封装互连缺陷
1.3基板问题
SUCCESS
THANK 效分析方法
• 电测技术
2.失效分析方法
• 打开封装
2.失效分析方法
• 失效定位技术
3.失效检测手段
3.失效检测手段
3.失效检测手段
3.失效检测手段
• 微焦点X射线检测
3.失效检测手段
• 激光温度响应方法
3.失效检测手段
• 激光温度响应方法原理
4.失效实际案例
4.失效实际案例
1.3基板问题
1.3基板问题
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
失效机理：
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
2.失效分析方法
• 失效分析的一般程序
2.失效分析方法
• 收集现场失效数据
• 扩散引起的失效-电位移
1.2封装互连缺陷
• 电位移引起的失效评估-防治措施
1.2封装互连缺陷
• 电位移导致的晶须短路
1.2封装互连缺陷
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理
1.2封装互连缺陷
引线桥连缺陷
1.2封装互连缺陷
• 桥连发生的过程
1.2封装互连缺陷
• 桥连发生的过程解析
1.2封装互连缺陷
1.1芯片键合
1.1芯片键合
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
1.1芯片键合
• 焊点界面的金属间化合物
1.1芯片键合
• 老化时间对接头强度的影响
1.1芯片键合
• 由热失配导致的倒装失效
1.1芯片键合
• 钎料合金的力学性能对寿命的影响
1.1芯片键合
• 疲劳寿命与应力和应变的关系
1.1芯片键合
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
1.不同封装步骤的失效方式 2.失效分析方法 3.失效检测手段 4.失效实际案例
1.不同封装步骤的失效方式
1.1芯片键合 1.2封装互连缺陷 1.3基板问题 1.4塑料电子器件的湿热失效
失效机理
扩散 化学失效 热失配和热疲劳
1.1芯片键合
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
• 应力应变洄滞曲线
1.1芯片键合
ACF键合的剥离强度失效
1.1芯片键合
ACF键合的剥离强度失效
1.2封装互连缺陷
扩散引起的失效-铝钉
1.2封装互连缺陷
• 铝钉的形成过程
1.2封装互连缺陷
• 扩散引起的失效-紫斑
1.2封装互连缺陷
• Au/Al和Cu/Al键合失效时间预测
1.2封装互连缺陷
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
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1.2封装互连缺陷
• 焊盘宽度的设计准则
1.2封装互连缺陷
• 墓碑缺陷
1.2封装互连缺陷
1.2封装互连缺陷
1.2封装互连缺陷
• 热膨胀系数不匹配导致的Whisker
1.2封装互连缺陷
1.3基板问题
SUCCESS
THANK 效分析方法
• 电测技术
2.失效分析方法
• 打开封装
2.失效分析方法
• 失效定位技术
3.失效检测手段
3.失效检测手段
3.失效检测手段
3.失效检测手段
• 微焦点X射线检测
3.失效检测手段
• 激光温度响应方法
3.失效检测手段
• 激光温度响应方法原理
4.失效实际案例
4.失效实际案例
1.3基板问题
1.3基板问题
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
失效机理：
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
1.4塑料电子器件的湿热失效
2.失效分析方法
• 失效分析的一般程序
2.失效分析方法
• 收集现场失效数据
• 扩散引起的失效-电位移
1.2封装互连缺陷
• 电位移引起的失效评估-防治措施
1.2封装互连缺陷
• 电位移导致的晶须短路
1.2封装互连缺陷
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理
1.2封装互连缺陷
引线桥连缺陷
1.2封装互连缺陷
• 桥连发生的过程
1.2封装互连缺陷
• 桥连发生的过程解析
1.2封装互连缺陷
1.1芯片键合
1.1芯片键合
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
1.1芯片键合
• 焊点界面的金属间化合物
1.1芯片键合
• 老化时间对接头强度的影响
1.1芯片键合
• 由热失配导致的倒装失效
1.1芯片键合
• 钎料合金的力学性能对寿命的影响
1.1芯片键合
• 疲劳寿命与应力和应变的关系
1.1芯片键合
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
1.不同封装步骤的失效方式 2.失效分析方法 3.失效检测手段 4.失效实际案例
1.不同封装步骤的失效方式
1.1芯片键合 1.2封装互连缺陷 1.3基板问题 1.4塑料电子器件的湿热失效
失效机理
扩散 化学失效 热失配和热疲劳
1.1芯片键合
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
• 应力应变洄滞曲线
1.1芯片键合
ACF键合的剥离强度失效
1.1芯片键合
ACF键合的剥离强度失效
1.2封装互连缺陷
扩散引起的失效-铝钉
1.2封装互连缺陷
• 铝钉的形成过程
1.2封装互连缺陷
• 扩散引起的失效-紫斑
1.2封装互连缺陷
• Au/Al和Cu/Al键合失效时间预测
1.2封装互连缺陷
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
4.失效实际案例
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