电子器件失效分析

失效模式
失效机理
应力
1、丧失功能，或 者降低到不能满足 规定的要求； 2、不能完成指定 的功能；
1、失效现象的表 现形式，与原因无 关，如开路、短路 等； 2、惯常采用的是 失效的表观现象；
1、导致失效的物 理化学变化过程， 以及对这一过程的 合理解释；如过电 损伤EOS等； 2、工程上，也会 把失效原因说成失 效机理；
产品的强度随着时间逐渐 降低，到一定程度，引起 失效；（如产品老化）
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温度应力-时间模型
dM
E
Ae kT
dt
积分
E
Mt M0 Ae kT (t t0 )
M温度敏感参数, E激活能, k 玻耳兹曼常量, T绝对温度, t时间, A常数 T大， 反应速率dM/dt 大，寿命短 E大，反应速率dM/dt 小，寿命长
)]
t
Q(t ) t
1
1( t )2
e 2 dt
2
早期失效期：设计失误、 工艺缺陷、材料缺陷、 筛选不充分；质量问题； （往往跟时间有关，具 有隐蔽性）
偶然失效期：静电损伤、 过电损伤；可靠性问题； （往往是突发性事件， 现象明显）
耗损失效期：元器件老 化；可靠性问题； （往往跟时间有关，具 有隐蔽性）
直接损失最低500万元。据经验，失效率排在前3位的器件一 般占该单板总失效率的80%以上，找出这3个器件的失效原因， 进行改进，则该产品返修率可以在很短时间内降低到1%以下。 则失效分析改进带来的直接收益为400万元。而间接收益可 以达到千万元以上。
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失效分析的受益
改进阶段
生产使用
研制阶段
提
•查找失效原因 •完善制造工艺
1、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。 2、电应力、热应 力、机械应力、环 境应力等
5
失效分析的目的
找出失效发生的 根本原因
查因
追溯产品的设计、 制造、使用、管理 存在的丌良因素
追溯
预防 纠正
针对失效机理， 提出预防措施， 避免再次发生
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
针对已发生的故障， 给出纠正措施，解 决当前问题；
十度法则：从室温开始，每提高10度，寿命减半
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与力学公式的对比
变化速率只跟应力相关
变化量是应力在时间上的累积
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温度应力-时间模型寿命推算
求激活能
求加速系数
推算寿命
1、试验获得高温下寿命L3； 2、L3=MTTF=1/λ，λ失效率； 3、计算相对室温的加速系 数F； 4、L常温=L3/F
试验获得高温T1的寿 命为L1,低温T2寿命为 L2,可求出F；
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目录
1
失效分析基础
2
典型的失效物理模型
3
典型的失效模式
4
典型的失效机理
5
失效分析一般步骤
6
失效分析的设备
7
可靠性设计技术
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物理模型类型
应力 -强度
1、适于瞬间失效； 2、失效原因：应力>强度 3、如:静电放电（ESD）、断裂等
应力 -时间
1、适于缓慢退化； 2、失效原因：应力的时间积累效应，特 性变化超差；
电子产品失效分析
引言-丰田召回门事件
总价约980亿
16万
9万
13万
8万
2
引言-失效分析
生病 找医生
失效 找Fa工程师
看好病
保持健康
解决当前 问题 提升可 靠性
3
目录
1
失效分析基础
2
典型的失效物理模型
3
典型的失效模式
4
典型的失效机理
5
失效分析一般步骤
6
失效分析的设备
7
可靠性设计技术
4
基本术语
失效
2
典型的失效物理模型
3
典型的失效模式
4
典型的失效机理
5
失效分析一般步骤
6
失效分析的设备
7
可靠性设计技术
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二、典型失效模式
失效模式就是失效的外在表现形式，丌需要深入说明其物理原因， 易亍记录和报告； ◆按失效的持续性分类：致命性失效、间歇失效、缓慢退化 ◆按失效时间分类：早期失效、随机失效、磨损失效 ◆按电测结果分类：开路、短路或漏电、参数漂秱、功能失效 ◆按失效原因分类：腐蚀、EOS等
3、例如：金属电迁移、腐蚀等
温度 -时间
1、温度相关失效； 2、失效原因：温度应力的时间累积效应， 特性变化超差；
3、例如：蠕变等
超过额定值，未必一定损坏
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应力-强度模型
若产品失效是由亍外界的 某种应力，超过了该产品 对此种应力所能承受的限 度(强度)而引起的，就可 用应力－强度模型来描述。 图4.2为这种模型的示意图；
•器件厂家，改进设计 及工艺，提升品质；
•系统厂商，可以改进 电路板的设计、改进
升 品 质
• 纠正设计缺陷
•判定责任方
器件和整机的测试和 使用的环境参数，或
•解决研制中的问题
者改变供货商
•缩短研制周期
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失效分析涉及学科
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失效率曲线
早期失效期，失效率曲线为递减型。产品投稿使用的早期，失效率较高而下降很快。主要由亍设计、制造、贮存、运输 等形成的缺陷，以及调试、起劢丌当等人为因素所造成的。必须设法觃避早期失效的发生；
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失效物理模型小结
模型 应力 -强度 应力 -时间
适用范围
偶然失效
特征
不考虑激活能 和时间效应
失效现象
失效过程短， 特性变化快， 属剧烈变化， 失效现象明显
举例
过应力开裂、EOS
缓慢退化
需考虑激活能 和时间效应
适用于缓慢退 化，失效现象 不明显
疲劳开裂、蠕变
失效物理模型比较
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目录
1
失效分析基础
耗损失效期，失效率是递增型。在t1以后失效率上升较快，这是由亍产品已经老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗 损的原因所引起的，故称为耗损失效期。针对耗损失效的原因，应该注意梱查、监控、预测耗损开始的时间，提前维修；
Q(t ) 1 R(t ) 1 e Q(t )

1

e[

(
t
偶然失效期，失效率曲线为恒定型，即t0到ti间的失效率近似为常数。失效主要由非预期的过载、误操作、意外的天灾以 及一些尚丌清楚的偶然因素所造成。由亍失效原因多属偶然，故称为偶然失效期。偶然失效期是能有效工作的时期，这 段时间称为有效寿命。为降低偶然失效期的失效率而增长有效寿命，应注意提高产品的质量，精心使用维护。
提高产品可靠性，降低全寿命周期成本
6
失效分析的作用
7
失效分析的环节
来 料 质 量
器 件 选 型
产
产
品
品
组
使
装
用
8
失效分析的作用
9
失效分析的经济意义
现状：国内很多电子企业的产品生产一次通过率低于90%，
市场返修率高于5%，据此推算，这类企业的质量成本将会达 到销售收入的15%。
提升价值：如果某产品的年产值为1亿元，年返修率为5%，