(优选)应用总结电子元器件失效分析

三、失效模式与失效机理 失效模式与失效机理的对应关系
失效模式与失效机理
失效模式
开路
主要失效机理
EOS、ESD、电迁移（EM）、应力迁移（SM）、腐 蚀、键合点脱落、紫斑、机械应力、热变应力
短路（漏电） 参漂 功能失效
pn结缺陷、pn结穿钉、EOS、介质击穿（TDDB效应、 针孔缺陷）、水汽、金属迁移、界面态、离子导电
氧化层电荷、钠离子玷污、表面离子、芯片裂纹、过 载流子（HC）、辐射损伤
EOS、ESD、Latch-Up
失效模式与失效机理
各相关失效机理的概念和定义简述如下： 3.1、过电应力EOS——指元器件承受的电流、电压应力或功率超过其
允许的最大范围。 过电应力的来源：
（1）电浪涌损伤 瞬间 瞬时功率很大
电浪涌来源有
失效模式与失效机理
（3）多余金属物引起短路 管脚浸锡时在管脚根部残留的焊锡碴或者是印制板上留下的多余锡
碴、导线头、细金属丝、金属屑等可动多余物，容易引起集成电路输出 对电源或对地短路，这种短路引起的过大电流会损伤集成电路。
失效模式与失效机理
（4）电烙铁或仪器设备漏电引起的电损伤 集成电路或晶体管的引出端与漏电的电烙铁、仪器或设备机壳相碰
失效分析的主要内容
2.3、判断失效原因 失效可能由一系列的原因造成，如设计缺陷、材料质量问题、制造过 程问题、运输或储藏条件不当、在操作时的过载等，而大多数的失效包 括一系列串行发生的事件。
2.4、研究失效机理 在确定失效机理时，需要选用有关的分析、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，并且能把整个失效的 顺序与原始的症状对照起来，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（模拟实验 ），确定真实的失效原因，以电子元器件失效机理的相关理论为指导， 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程，如有可能，更应以分子、原子学观点加以阐 明或解释。
，或者在仪器设备上更换元器件以及修补焊点等，都会带来电损伤。最 容易被损伤的集成电路有：带有MOS电容的集成电路、MOS电路、微波集 成电路、STTL•和LSTTL电路、单稳电路和振荡器、A/D和D/A电路、高精 度运算放大器、LSI和VLSI电路。其中单稳电路和振荡器在调试时发生的 这种电损伤很不容易发现，因为损伤的表现形式往往是表现为单ຫໍສະໝຸດ Baidu电路 的脉冲宽度发生漂移；振荡器的振荡频率发生漂移，调试人员往往把这 种现象错误地认为是没有将电路调试好。
自激振荡。 6-2 CMOS电路输入缓慢变化的脉冲时容易引起振荡。输入缓慢变化
当更改定时元件R.C后，参数可以恢复正常，但这种“恢复正常”的 电路，工作一段时间后又会出现上述的参数漂移现象。
失效模式与失效机理
（5）CMOS电路发生可控硅效应(闩锁效应) CMOS电路的静态功耗极小，但可控硅效应被触发后功耗会变得很大
(50～200毫安)，并导致电路发生烧毁失效。CMOS电路的硅芯片内部，在 VDD与VSS之间有大量寄生可控硅存在，并且所有输出端和输入端都是它 的触发端，在正常条件下工作，由于输入和输出电压满足下式要求： VDD>Vout>Vss VDD>Vin>Vss。
2.2、确定失效模式 失效的表面现象或失效的表现形式就是失效模式。失效模式的确定通 常采用两种方法，即电学测试和显微镜观察。 立体显微镜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； 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，机械和物理特性等，准确的扫描失效特征模式。 电学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。
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无锡华润矽科微电子有限公司
失效分析的主要内容
二、失效分析的主要内容-思路
2.1、明确分析对象 明确分析对象及失效发生的背景。在对委托方提交的失效样品进行具 体的失效分析操作之前，失效分析人员应该和委托方进行沟通，了解失 效发生时的状况，确定在设计、生产、检测、储存、传送或使用哪个阶 段发生的失效，如有可能要求委托方详细描述失效发生时的现象以及失 效发生前后的操作过程。
2-2 T0-5型金属管壳封装的集成电路，电测试时容易出现管脚插错或 管脚间相碰短路。这种意外情况有时也会导致集成电路内部某些元器件 的电损伤。
2-3 电路调试时，不慎出现“试笔头”桥接短路管脚，这种短接有时 会造成电损伤。
2-4 在电子设备中设置的“检测点”，如果位置设置不当又无保护电 路时，维修时就可能将不正常的电压引入该端而损伤器件。
所以正常工作条件下CMOS电路不会发生可控硅效应。但在某些特殊 情况下，上述条件就会不满足，凡是出现以下情况之一，可控硅效应(闩 锁)就可能发生，发生闩锁的CMOS电路如果无限流保护就会被烧毁。
失效模式与失效机理
（6）CMOS电路振荡引起功率过荷 6-1 当CMOS电路的任何一个输入端发生浮空时，CMOS电路都会发生
失效分析的主要内容
2.5、提出预防措施及设计改进方法 根据分析判断、提出消除产生失效的办法和建议，及时地反馈到设 计、工艺、使用单位等各个方面，以便控制乃至完全消除失效的主要失 效模式的出现。 这需要失效工程师与可靠性、工艺、设计和测试工程师一起协作， 发挥团队力量，根据失效分析结果，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。
失效模式与失效机理
（2）操作失误造成的电损伤 2-1 双列直插式封装的集成电路当测试时不慎反插，往往就会造成电
源和地两端插反，其结果是集成电路电源与地之间存在的PN结隔离二极 管就会处于正偏(正常情况是反偏)，出现近100毫安的正向电流，这种电 过应力损伤随着通电时间的增长而更加严重。这种损伤如果不太严重， 虽然电路功能正常，只表现出静态功耗增大，但这种受过损伤的电路， 可靠性已严重下降，如果上机使用，就会给机器造成隐患。