电子元器件的失效分析
电子元器件失效分析技术及经典案例
李少平老师：高级工程师，1984年毕业于成都电讯工程学院（现中国电子科技大学）半导体器件专业，毕业后一直在中国赛宝实验室（信息产业部电子第五研究所）可靠性研究分析中心从电子产品可靠性分析、研究工作。
长期从事对电子企业的可靠性增长和产品失效分析工作，具有丰富的失效分析经验，并积累了大量的经典分析案例，是中国赛宝实验室（信息产业部电子第五研究所）可靠性研究分析中心资深的失效分析专家。
主要培训的企业有：美的失效分析实验室建设技术咨询和失效分析技术培训，海尔检测中心的技术咨询和失效分析技术培训，广东核电进行电子元器件老化技术，继电器老化管理，板件老化管理培训，中兴通讯的失效分析技术培训，富士康失效分析技术现场研讨，中国赛宝实验室元器件可靠性研究分析中培训学员的实习指导，以及失效分析专题公开培训。
先后参与《失效分析经典案例100例》和《电子元器件失效技术》的编写。
中国赛宝实验室（信息产业部电子第五研究所）是可靠性专业的综合研究所，属下的可靠性研究分析中心专门从可靠性物理的研究和分析工作，面向军、民企业提供可靠性支撑技术，直接的服务主要是包括失效分析的可靠性技术。
可靠性物理及其应用技术国家重点实验室的依托实体就是信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心。
第2章_失效分析工作的原则和程序
2.2 失效分析工作的流程和通用原则
2.1 失效分析工作的流程
失效现象 全部疑点 逐级定位 提出假设
验证假设 预防方案 实施效果
2.2 失效分析的一些原则
1.先方案后操作
2.先光学后电学
3.先面后点
4.先静态后动态
5.先非破环后破环
6.先一般后特殊
5～10分钟，使其发软，然后再轻轻撬开。
钝化层去除技术：
化学腐蚀法去除钝化层和金属化层 干法刻蚀去除钝化层
中国可靠性网
B．半破坏性的分析方法
1．内部检查
2．电学检验
3．真空烘烤 在10-5mmHg，150～250℃条件下
烘烤两小时，测量并记录由烘烤所引起漏电流 的任何变化。
由于DPA在元器件可靠性工作中的作用和地位越来 越重要，一些部门和从事重要工程研制的公司制定 出的标准，要求用于重要场合的元器件进行DPA 。
例如，美国国家航空航天管理局（NASA）在“空间 飞行项目的电气、电子和机电（EEE）元器件的管 理与控制要求”的标准中规定，在不做特殊说明 时，用于寿命保证和完成任务所必不可少或关键性 应用场合的每一批元器件类型，都应做DPA。
认定或到货验收（事前）
元器件生产厂、承担工程项目 的公司和独立实验室
失效样品（全部）
承担工程项目的公司和独立实验室 为主
合格品（抽样）
有基本要求
有具体规定
失效特征与原因的关系有时很 复杂，没有定量的判据
分析研究和经验判断
有缺陷的定量判别标准 符合性检验
电测试、形貌观察、物理测 试、应力试验、成分分析等
2.4.1 失效分析程序的步骤
步骤1：数据的收集与分析 步骤2：失效现象的观察和判定 步骤3：假定失效机理 步骤4：失效机理的认定与验证 按照失效分析程
电子元器件的失效机理和失效模式分析
电子元器件的失效机理和失效模式分析摘要：电子元器件在运行过程中，经常由于失效与故障的发生影响到电子设备的正常运转。
元器件不仅是电子设备最为基础的组成结构，而且也是提高系统性能的主要载体。
一般来说，电子设备中的许多问题都是由电子元件的问题引起的。
为了确保电子设备可以正常工作，我们必须对常见设备中电子元器件的失效机理与常见故障情况有一个清晰的认知。
关键词：电子元器件；失效；机理；缺陷；故障1.电子元器件的失效机理一般来说，设计方案存在破绽，制作工艺不完善，使用方法不当，以及环境方面存在问题都会导致电子元器件出现故障。
我们将通过以下几个方面来分析探索电子元器件发生故障的缘由。
（一）电阻器的失效原理电阻作为电子设备的加热元件，是电子设备中使用时间最长的设备。
在电子设备的使用过程中，因电阻器故障造成电子设备发生故障的缘由占总数的15%。
电阻器的失效机理，对电子设备的结构和工艺特性有着决定性的意义。
当电阻出现问题后，人们通常不会将其修复，而是会思考：我们为什么不用一条新的电阻线代替呢？当电阻丝烧毁时，在某些情况下，烧毁的区域可以重新焊接，然后使用。
电阻劣化大多是由于其散热性差、湿度过大或制造存在漏洞等缘由引起的，而烧坏则是由于电路异常引起的，如短路、过载等缘由。
常见的电阻烧坏情形有两种：一种是电流过载和电阻高温引发的电阻烧坏，此时很轻易便可以发觉电阻表面出现损伤。
另一种则是瞬时高压加到电阻上引起的电阻开路或电阻值增大，一般情况下，此时电阻的表面变化不明显，这种故障电阻在高压电路中经常出现[1]。
电阻失效通常是因为致命故障和漂移参数故障。
结合电子设备的实际使用情况我们发现，由前者原因引发电阻器故障的占比可高达90%，包含了短路，机械损伤，接触损坏等等情形，而一般只有10%的电阻故障是由漂移参数故障引起的。
另外接触不良非常容易引起故障，而出现接触不良的情形主要是因为：（1）接触压力太大导致弹簧片松弛，接触点偏离轨道。
电子元器件失效分析技术
电子元器件失效分析技术摘要：在当前市场竞争的刺激下，电子产品趋向小型化、智能化，市场对产品质量的要求越来越高。
电子产品的质量和可靠性密不可分，可靠性研究对保证和提高电子产品的质量非常重要，因此对失效分析的要求也越来越高。
产品失效分析的目的不仅仅是判断失效的性质和原因，更重要的是找到一种有效的方法来主动防止重复失效。
电子元器件的失效分析要模式准确、原因清晰、机理明确、措施有效、模拟再现、外推。
关键词;电子元器件；技术发展；失效分析;在科技时代下，电子技术得以被应用于各个领域，尤其是集成电路的应用范围更是不断扩大，集成电路能否可靠的运行，对电子产品的功能发挥有着至关重要的影响，而为了保证集成电路的运行可靠性，就必须要开展必要的电子元器件失效分析。
一、电子元器件失效分析原则与基本程序1.电子元器件失效分析原则。
电子元器件失效分析一般是基于非破坏性检查所开展的分析活动，具有逐层化特征。
对于电子元器件来说，若失效根源无法通过非破坏性检查进行确定，则需要进一步探究失效根源。
失效分析的整个过程是获得信息的关键环节，为保证电子元器件失效分析合理，降低失效原因遗漏概率，在失效分析过程中必须遵循相关原则：第一，遵循“先制订方案、后进行操作”的原则，在外检后才能进行通电检查；第二，在加电测试过程中，遵循电流“先弱后强”的原则，失效分析应先从外部开始，后进入内部，起初保持静态，之后不断转变为动态化；第三，失效分析应遵循“先宏观、后微观”的原则，要先从普遍化角度开展失效分析，之后再从特殊化角度展开分析。
另外，还要明确失效分析的主次顺序，一般先对主要问题开展失效分析，必要情况下开展破坏性检测。
2.电子元器件失效分析基本程序。
首先，要对失效现象加以确认，做好失效样品制备及保存工作；其次，在对电子元器件进行外部检查和电性分析之后，分析其内部结构并开展可靠性测试，必要时可开展电路评价，之后开封并剥层；最后，对失效点进行准确定位，通过物理分析确定电子元器件失效机理，进而针对失效机理采取有效的纠正措施。
电子元件失效分析及技术发展论文
电子元件失效分析及技术发展论文电子元件失效分析及技术发展论文电子元件失效分析及技术发展论文【1】电子元件可靠性工程的一个重要组成部分就是失效分析，它要借助各种分析方法和一次次的检测以确定电子元件失效的原因，找到使电子元件失效率降低的可行性方案。
因为失效分析的难度越来越大，有时需要使用一些先进的科学仪器设备，但这会增加很多成本，以下介绍一些简单的、低成本的分析方法和失效分析的思路以及技术发展。
【关键词】电子元件失效分析技术发展1 失效分析的常用方法1.1 拔出插入法拔出插入法是监视将组件板上的电子元件拔出又插入的过程，通过监视判断故障是否发生，确定失效的具体部位。
这种方法看似操作简单，但拔出插入法不一定有效，因为有时会存在特殊情况，例如焊接不牢和接触不良，这些因素会使技术人员产生错误的判断，影响下一步分析的实行。
1.2 感官辨别法感官判断法就是通过人体的一些感官判断是否故障。
包括眼睛观察电子元件外形是否正常，手触摸电子元件判断电子元件的温度、软硬程度等，鼻子嗅电子元件的味道是否正常，耳朵倾听电子元件的声音判断电子元件工作过程中发声是否正常。
感官辨别法的优势是操作简单，节约成本，但要求工作人员有丰富的经验，并且技术人员的判断容易受到环境和感官敏感程度的影响。
1.3 电源拉偏法电源拉偏法就是将正常电源电压升高或降低，使器件的工作处于异常状态，从而使损坏的电子元件将故障或薄弱环节暴露，以此确定故障电子元件的的位置。
但是电源拉偏法通常适用于器件工作较长时间后造成的故障或是电压波动造成的故障，而且不管是拉高电源还是拉低电源都对电子元件会产生一定的破坏性，会对器件造成一定的损伤，操作不慎就会使器件完全损坏。
1.4 换上备件法换上备件法就是将怀疑有问题的那个电子元件取下，换上一个新的、合格的备件，如果换上后，整个器件工作正常，说明换下的电子元件是有问题的，如果没有正常工工作则说明有问题的电子元件不是换下的电子元件。
电子元器件失效分析
电子元器件失效分析一般的仪器都会一点点的误测率，但既然有五道测试，基本可以消退这种误测，否则就说明你的仪器实在太烂啦！然后就是自动选择机的问题，有没有误动作的可能性，最好找一个比较大的不良品样本，对机器进行测试。
假如上面两项都没有问题，那说明运输和贮存可能初相了问题，当然半导体器件受环境因素的影响是比较小的。
最终就有可能是客户和你们的仪器有肯定差距，从而造成这种状况。
当然还有一种状况，就是本身半导体器件质量有问题，漏电测试是反向加电压，可能就是在测试的过程中器件被击穿的。
目的对电子元器件的失效分析技术进行讨论并加以总结。
方法通过对电信器类、电阻器类等电子元器件的失效缘由、失效机理等故障现象进行分析。
结论电子元器件的质量与牢靠性保证体系一个重要组成部分是失效分析，对电子元器件进行失效分析，才能准时了解电子元器件的问题所在，才能为设备及系统的正常工作带来牢靠保障。
进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术，电子元器件则是电子信息技术进展的前提。
为了促进电子信息技术的进一步进展，就要提高电子元器件的牢靠性，所以就必需了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。
1.失效的含义失效是指电子元器件消失的故障。
各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的简单程度就较高；反之，则低。
一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丢失。
2.失效的分类依据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法。
以失效缘由为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。
以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。
以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。
以失效后果的严峻程度为标准：主要分为轻度失效、严峻失效以及致命失效。
除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。
3.失效的机理电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致缘由作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。
常见的电子元器件失效机理与分析
常见的电子元器件失效机理与分析电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。
对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。
硬件工程师调试爆炸现场所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。
下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。
电阻器失效失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。
失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。
电阻器的失效模式与机理▶开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。
▶阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。
▶引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。
▶短路：银的迁移，电晕放电。
失效模式占失效总比例表▶线绕电阻：▶非线绕电阻：失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。
▶导电材料的结构变化：薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。
按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。
在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。
结晶化速度随温度升高而加快。
电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。
一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。
结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。
可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。
与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。
电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。
电子元器件失效性分析
电子元器件失效分析技术第一讲失效物理的概念失效定义失效的概念1 特性剧烈或缓慢变化2 不能正常工作失效种类1 致命性失效：如过电应力损伤2 缓慢退化：如MESFET的IDSS下降3 间歇失效：如塑封器件随温度变化间歇失效失效物理的概念定义：研究电子元器件失效机理的学科失效物理与器件物理的区别失效物理的用途失效物理的定义定义：研究电子元器件失效机理的学科失效机理：失效的物理化学根源举例：金属电迁移金属电迁移失效模式：金属互连线电阻值增大或开路失效机理：电子风效应产生条件：电流密度大于10E5A/cm2高温纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜，降低工作温度，减少阶梯，铜互连、平面化工艺失效物理与器件物理的区别撤销应力后电特性的可恢复性时间性失效物理的用途1 失效分析：确定产品的失效模式、失效机理，提出纠正措施，防止失效重复出现2 可靠性评价：根据失效物理模型，确定模拟试验方法，评价产品的可靠性可靠性评价的主要内容产品抗各种应力的能力产品平均寿命失效物理模型应力－强度模型失效原因：应力>强度强度随时间缓慢减小如:过电应力（EOS）、静电放电（静电放电ESD）、闩锁（latch up)应力－时间模型（反应论模型）失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超差。
如金属电迁移、腐蚀、热疲劳应力－强度模型的应用器件抗静电放电（ESD）能力的测试温度应力－时间模型EdMAe− kTdtT高，反应速率大，寿命短E大，反应速率小，寿命长温度应力的时间累积效应Mt −MAe−EkT(t−t)失效原因：温度应力的时间累积效应，特性变化超差与力学公式类比dM dtAe−E kTdv dtFmMt−MAe−E kT(t−t)mv t−mv 0F (t−t 0)失效物理模型小结应力－强度模型与断裂力学模型相似，不考虑激活能和时间效应，适用于偶然失效和致命性失效，失效过程短，特性变化快，属剧烈变化，失效现象明显应力－时间模型（反应论模型）与牛顿力学模型相似，考虑激活能和时间效应，适用于缓慢退化，失效现象不明显应力－时间模型的应用：预计元器件平均寿命1求激活能 ELn L2L ln lnLL 1Aexp(BBEkTEkTEkT)1Ln L1Bln L2 BEkT21/T11/T2预计平均寿命的方法2 求加速系数FEexp(LA E exp( )L 2 Ak T)kT EL A exp( )EkTLA exp(L )1Fexp(E (1−1))kTL1kT TFL 2L 1exp(v1.0 可编辑可修改E k( 1 T 2− 1)) T 1设定高温为T1,低温为T2,可求出Fv1.0 可编辑可修改预计平均寿命的方法由高温寿命L1推算常温寿命L2F=L2/L1对指数分布L1=MTTF=1/λλ失效率失效率＝试验时间内失效的元件数初始时间未失效元件数试验时间温度应力－时间模型的简化：十度v1.0 可编辑可修改法则内容：从室温算起，温度每升高10度，寿命减半。
电子元器件失效分析技术与案例
电子元器件失效分析技术与案例费庆学二站开始使用电子器件当时电子元器件的寿命20h.American from 1959 开始：1。
可靠性评价，预估产品寿命2。
可靠性增长。
不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。
通过恶裂环境的试验。
通过改进提高寿命。
―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例 b.可靠数学第一部分：电子元器件失效分析技术（方法）1．失效分析的基本的概念和一般程序。
A 定义：对电子元器件的失效的原因的诊断过程b.目的：0000000c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测的形式取得d．失效机理：失效的物理化学根源――》失效的原因1）开路的可能失效机理日本的失效机理分类：变形变质外来异物很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成正反向都不通为内部断开。
漏电和短路的可能的失效机理接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si 和al 互熔成为合金合金熔点更低）塑封器件烘烤效果好当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质失效机理环境应力：温度温度过低易使焊锡脆化而导致焊点脱落。
，2．失效机理的内容I失效模式与环境应力的关系任何产品都有一定的应力。
a当应力>强度就会失效如过电/静电：外加电压超过产品本身的额定值会失效b应力与时间应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生故：如何增强强度&减少应力能延长产品的寿命c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命特性随时间存在变化e机械应力如主板受热变形对零件的应力认为用力塑封的抗振动好应力好陶瓷的差。
f重复应力如：冷热冲击是很好的零件筛选方法重复应力易导致产品老化，存在不可靠性故使用其器件：不要过载；温湿度要适当II如何做失效分析例：一个EPROM在使用后不能读写1)先不要相信委托人的话，一定要复判。
2)快始失效分析：取NG&OK品，DataSheet，查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试）电源对地的待机电流下降开封发现电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电阻，电流减小。
电子元器件失效分析
电子元器件失效分析第一篇：电子元器件失效分析电子元器件失效分析1.失效分析的目的和意义电子元件失效分折的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象.分辨其失效模式和失效机理.确定其最终的失效原因，提出改进设计和制造工艺的建议。
防止失效的重复出现，提高元器件可靠性。
失效分折是产品可靠性工程的一个重要组成部分，失效分析广泛应用于确定研制生产过程中产生问题的原因，鉴别测试过程中与可靠性相关的失效，确认使用过程中的现场失效机理。
在电子元器件的研制阶段。
失效分折可纠正设计和研制中的错误，缩短研制周期；在电子器件的生产，测试和试用阶段，失效分析可找出电子元器件的失效原因和引起电子元件失效的责任方。
根据失效分析结果。
元器件生产厂改进器件的设计和生产工艺。
元器件使用方改进电路板设汁。
改进元器件和整机的测试，试验条件及程序，甚至以此更换不合格的元器件供货商。
因而，失效分析对加快电子元器件的研制速度.提高器件和整机的成品率和可靠性有重要意义。
失效分折对元器件的生产和使用都有重要的意义.如图所列。
元器件的失效可能发生在其生命周期的各个阶段.发生在产品研制阶段，生产阶段到使用阶段的各个环节，通过分析工艺废次品，早期失效，实验失效及现场失效的失效产品明确失效模式、分折失效机理，最终找出失效原因，因此元器件的使用方在元器件的选择、整机计划等方面，元器件生产方在产品的可靠性方案设计过程，都必须参考失效分折的结果。
通过失效分折，可鉴别失效模式，弄清失效机理，提出改进措施，并反馈到使用、生产中，将提高元器件和设备的可靠性。
2.失效分析的基本内容对电子元器件失效机理，原因的诊断过程叫失效分析。
进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。
失效分析的任务是确定失效模式和失效机理.提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。
因此，失效分析的主要内容包括：明确分析对象。
确定失效模式，判断失效原因，研究失效机理，提出预防措施（包括设计改进)。
电子行业电子元器件失效分析
电子行业电子元器件失效分析1. 引言电子行业是现代社会中不可或缺的重要组成部分。
然而，在电子产品的生产、使用以及维护过程中，电子元器件的失效问题时常出现。
电子元器件失效可能导致设备故障、数据损失甚至人身安全等严重后果。
因此，深入分析电子元器件失效的原因和机理对于提高电子产品的可靠性和稳定性具有重要意义。
本文将对电子行业中常见的电子元器件失效进行分析，包括失效的类型、原因和常见的预防和修复措施。
本文旨在帮助读者更好地理解电子元器件失效并提供一些解决方案。
2. 失效类型电子元器件失效可以分为以下几种类型：2.1 电气失效电气失效是指电子元器件在使用过程中由于电气参数超过规定范围或电压电流过大而发生的失效。
常见的电气失效包括过电压、过电流、电磁干扰等。
2.2 机械失效机械失效是指电子元器件在使用过程中由于机械应力超过其承受能力而发生的失效。
常见的机械失效包括振动引起的松动、机械损伤等。
2.3 热失效热失效是指电子元器件在使用过程中由于温度过高或过低导致的失效。
温度变化会导致元器件内部的电子结构破坏或金属膨胀引起松动等问题。
2.4 化学失效化学失效是指电子元器件在使用过程中由于化学物质的侵蚀、氧化等引起的失效。
常见的化学失效包括腐蚀、电化学腐蚀等。
3. 失效原因电子元器件失效的原因多种多样，以下是常见的几个原因：3.1 原材料问题一些电子元器件可能因为原材料的质量或制造工艺的问题而导致失效。
例如，使用劣质的焊料可能导致焊接点松动，从而引起电气失效。
3.2 环境因素环境因素对电子元器件的稳定性和可靠性产生重要影响。
例如，高温、湿度、腐蚀性气体等环境条件都可能引起电子元器件失效。
3.3 设计问题一些电子元器件在设计阶段存在问题，例如电路设计不合理、过度设计等，都可能导致电子元器件失效。
3.4 维护不当不当的维护方式也是电子元器件失效的一个重要原因。
例如，使用不适当的清洁剂可能对元器件表面造成损害，从而引起电气失效。
失效分析技术
1.7.4机械剖切面技术
一般步骤： 固定器件（石蜡、松香和环氧树脂Epoxy） 研磨（毛玻璃、粗砂纸） 粗抛光（金相砂纸） 细抛光（抛光垫加抛光膏） 染色 金相观察
测量结深的抛光染色图片
1.8显微形貌像技术
光学显微镜和扫描电子显微镜的比较
仪器名称 真空条件 样品要求 理论空间 最大放 景深 分辨率 大倍数 光学显微 无 镜 扫描电子 高真空 显微镜 开封 360nm 1200 小 50万 大
失效分析案例
案例1：GaAs微波器件的失效分析，表现为 I DSS 缓慢减小，通过研究金属－半导体接触退化的机 理，确定了金半接触处原子互扩散是根本原因， 提出了增加阻挡层作为改进措施，通过对比改进 前后的可靠性评价，证明了失效分析的有效性。
MESFET端面图
S G ＋＋ ＋ ＋ D 导电沟道N＋
半绝缘GaAs衬底
I DSS
为最大饱和漏电流
1.3失效分析的一般程序
1、收集失效现场数据 2、电测并确定失效模式 3、非破坏性分析 4、打开封装 5、镜检 6、通电激励芯片 7、失效定位 8、对失效部位进行物理、化学分析 9、综合分析，确定失效原因，提出纠正措施
1.4 收集失效现场数据
1.1 失效分析的基本概念
目的： 确定失效模式和失效机理，提出纠正 措施，防止这种失效模式和失效机理重复出 现。 失效模式：指观察到的失效现象、失效形式， 如开路、短路、参数漂移、功能失效等。 失效机理：指失效的物理化学过程，如疲劳、 腐蚀和过应力等。
引起开路失效的主要原因： 过电损伤、静电击穿（SEM、图示仪）、金 属电迁移、金属的化学腐蚀、压焊点脱落、 闩锁效应。 其中淀积Al时提高硅片的温度可以提高Al原 子的晶块体积，可以改善电迁移。
电子元器件的失效分析
电子元器件的失效分析随着人们对电子产品质量可靠性的要求不断增加，电子元器件的可靠性不断引起人们的关注，如何提高可靠性成为电子元器件制造的热点问题。
例如在卫星、飞机、舰船和计算机等所用电子元器件质量可靠性是卫星、飞机、舰船和计算机质量可靠性的基础。
这些都成为电子元器件可靠性又来和发展的动力，而电子元器件的实效分析成为其中很重要的部分。
一、失效分析的定义及意义可靠性工作的目的不仅是为了了解、评价电子元器件的可靠性水平，更重要的是要改进、提高电子元器件的可靠性。
所以，在从使用现场或可靠性试验中获得失效器件后，必须对它进行各种测试、分析，寻找、确定失效的原因，将分析结果反馈给设计、制造、管理等有关部门，采取针对性强的有效纠正措施，以改进、提高器件的可靠性。
这种测试分析，寻找失效原因或机理的过程，就是失效分析。
失效分析室对电子元器件失效机理、原因的诊断过程，是提高电子元器件可靠性的必由之路。
元器件由设计到生产到应用等各个环节，都有可能失效，从而失效分析贯穿于电子元器件的整个寿命周期。
因此，需要找出其失效产生原因，确定失效模式，并提出纠正措施，防止相同失效模式和失效机理在每个元器件上重复出现，提高元器件的可靠性。
归纳起来，失效分析的意义有以下5点：（1）通过失效分析得到改进设计、工艺或应用的理论和思想。
（2）通过了解引起失效的物理现象得到预测可靠性模型公式。
（3）为可靠性试验条件提供理论依据和实际分析手段。
（4）在处理工程遇到的元器件问题时，为是否要整批不用提供决策依据。
（5）通过实施失效分析的纠正措施可以提高成品率和可靠性，减小系统试验和运行工作时的故障，得到明显的经济效益。
二、失效的分类在实际使用中，可以根据需要对失效做适当的分类。
按失效模式，可以分为开路、短路、无功能、特性退化（劣化）、重测合格；按失效原因，可以分成误用失效、本质失效、早期失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按失效程度，可分为完全失效、部分（局部）失效；按失效时间特性程度及时间特性的组合，可以分成突然失效、渐变失效、间隙失效、稳定失效、突变失效、退化失效、可恢复性失效；按失效后果的严重性，可以分为致命失效、严重失效、轻度失效；按失效的关联性和独立性，可以分为关联失效、非关联失效、独立失效、从属失效；按失效的场合，可分为试验失效、现场失效（现场失效可以再分为调试失效、运行失效）；按失效的外部表现，可以分为明显失效、隐蔽失效。
电子元器件失效分析技术
电源招聘专家电子元器件失效分析技术电子信息技术是当今新技术革命的核心，是发展电子信息技术的基础。
了解造成元器件失效的因素，以提高可靠性，是电子信息技术应用的必要保证。
开展电子元器件，需要采用一些先进的分析测试技术和仪器。
1 光学显微镜分析技术光学显微镜分析技术主要有立体显微镜和金相显微镜。
立体显微镜放大倍数小，但景深大；金相显微镜放大倍数大，从几十倍到一千多倍，但景深小。
把这两种显微镜结合使用，可观测到器件的外观，以及失效部位的表面形状、分布、尺寸、组织、结构和应力等。
如用来观察到芯片的烧毁和击穿现象、引线键合情况、基片裂缝、沾污、划伤、氧化层的缺陷、金属层的腐蚀情况等。
显微镜还可配有一些辅助装置，可提供明场、暗场、微分干涉相衬和偏振等观察手段，以适应各种需要。
2 红外分析技术红外显微镜的结构和金相显微镜相似。
但它采用的是近红外（波长为01 75~ 3 微米）光源，并用红外变像管成像。
由于锗、硅等半导体材料及薄金属层对红外辐射是透明的。
利用它，不剖切器件的芯片也能观察芯片内部的缺陷及焊接情况等。
它还特别适于作塑料封装半导体器件的失效分析。
红外显微分析法是利用红外显微技术对微电子器件的微小面积进行高精度非接触测温的方法。
器件的工作情况及失效会通过热效应反映出来。
器件设计不当，材料有缺陷，工艺差错等都会造成局部温度升高。
发热点可能小到微米以下，所以测温必须针对微小面积。
为了不影响器件的工作情况和电学特性，测量又必须是非接触的。
找出热点，并用非接触方式高精度地测出温度，对产品的设计、工艺过程控制、失效分析、可靠性检验等，都具有重要意义。
红外热像仪是非接触测温技术，它能测出表面各点的温度，给出试样表面的温度分布。
红外热像仪用振动、反射镜等光学系统对试样高速扫描，将发自试样表面各点的热辐射会聚到检测器上，变成电信号，再由显示器形成黑白或彩色图像，以便用来分析表面各点的温度。
3 声学显微镜分析超声波可在金属、陶瓷和塑料等均质材料中传播。
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电子元器件的失效分析随着人们对电子产品质量可靠性的要求不断增加，电子元器件的可靠性不断引起人们的关注，如何提高可靠性成为电子元器件制造的热点问题。
例如在卫星、飞机、舰船和计算机等所用电子元器件质量可靠性是卫星、飞机、舰船和计算机质量可靠性的基础。
这些都成为电子元器件可靠性又来和发展的动力，而电子元器件的实效分析成为其中很重要的部分。
一、失效分析的定义及意义可靠性工作的目的不仅是为了了解、评价电子元器件的可靠性水平，更重要的是要改进、提高电子元器件的可靠性。
所以，在从使用现场或可靠性试验中获得失效器件后，必须对它进行各种测试、分析，寻找、确定失效的原因，将分析结果反馈给设计、制造、管理等有关部门，采取针对性强的有效纠正措施，以改进、提高器件的可靠性。
这种测试分析，寻找失效原因或机理的过程，就是失效分析。
失效分析室对电子元器件失效机理、原因的诊断过程，是提高电子元器件可靠性的必由之路。
元器件由设计到生产到应用等各个环节，都有可能失效，从而失效分析贯穿于电子元器件的整个寿命周期。
因此，需要找出其失效产生原因，确定失效模式，并提出纠正措施，防止相同失效模式和失效机理在每个元器件上重复出现，提高元器件的可靠性。
归纳起来，失效分析的意义有以下5点：（1）通过失效分析得到改进设计、工艺或应用的理论和思想。
（2）通过了解引起失效的物理现象得到预测可靠性模型公式。
（3）为可靠性试验条件提供理论依据和实际分析手段。
（4）在处理工程遇到的元器件问题时，为是否要整批不用提供决策依据。
（5）通过实施失效分析的纠正措施可以提高成品率和可靠性，减小系统试验和运行工作时的故障，得到明显的经济效益。
二、失效的分类在实际使用中，可以根据需要对失效做适当的分类。
按失效模式，可以分为开路、短路、无功能、特性退化（劣化）、重测合格；按失效原因，可以分成误用失效、本质失效、早期失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按失效程度，可分为完全失效、部分（局部）失效；按失效时间特性程度及时间特性的组合，可以分成突然失效、渐变失效、间隙失效、稳定失效、突变失效、退化失效、可恢复性失效；按失效后果的严重性，可以分为致命失效、严重失效、轻度失效；按失效的关联性和独立性，可以分为关联失效、非关联失效、独立失效、从属失效；按失效的场合，可分为试验失效、现场失效（现场失效可以再分为调试失效、运行失效）；按失效的外部表现，可以分为明显失效、隐蔽失效。
三、失效机理与失效模型电子元器件的失效主要是在产品的制造、试验、运输、存储和使用等过程中发生的，与原材料、设计、制造、使用密切相关。
电子元器件的种类很多，相应的失效模式和机理也很多。
失效机理是器件失效的实质原因，说明器件是如何失效的，即引起器件失效的物理化学过程，但与此相对的是它迟早也要表现出的一系列宏观性能、性质变化，如疲劳、腐蚀和过应力等。
我们可以根据不同的失效机理确定相应的失效模型，对电子元器件进行失效分析。
从现场失效和试验中去收集尽可能多得信息（包括失效形态、失效表现现象及失效结果等）进行归纳和总结电子元器件的是失效模式，分析和验证失效机理，并针对失效模式和失效机理采取有效措施，是不断提高电子元器件可靠性水平的过程。
电子元器件的主要失效机理有：（1）过应力（EOS ）：是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。
（2）静电损伤（ESD ）：电子器件在加工成产、组装、贮存以及运输过程中，可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触，所带静电经过器件引脚放电到地，使器件收到损伤或失效。
（3）闩锁效应（latch-up ）：MOS 电路中由于寄生PNPN 晶体管的存在而呈现一种低阻状态，这种低阻状态在触发条件去除或终止后仍会存在（4）电迁移（EM ）：当器件工作是，金属互联线内有一定的电流通过，金属离子会沿导体产生质量的运输，其结果会使导体的某些部位出现空洞或晶须。
（5）热载流子效应（HC ）：热载流子是指能量比费米能级大几个kT 以上的载流子。
这些载流子与晶格不处于热平衡状态，当其能量达到或超过Si-SiO 2界面势垒时（对电子注入为3.2eV ，对空穴注入为4.5eV ）便会注入到氧化层中，产生界面态、氧化层陷阱或被陷阱所俘获，使氧化层电荷增加或波动不稳，这就是热载流子效应。
（6）栅氧击穿：在MOS 器件及其电路中，栅氧化层缺陷会导致栅氧漏电，漏电增加到一定程度即构成击穿。
（7）与时间有关的介质击穿（TDDB ）：施加的电场低于栅氧的本征击穿强度，但经历一定的时间后仍会发生击穿现象，这是由于施加应力的过程中，氧化层内产生并聚集了缺陷的原因。
（8）由于金-铝之间的化学势不同，经长期使用或200℃以上的高温存储后，会产生多种金属间化合物，如紫斑、白斑等。
使铝层变薄、接触电阻增加，最后导致开路。
在300℃高温下还会产生空洞，即柯肯德尔效应，这种效应是高温下金向铝中迅速扩散并形成化合物，在键合点四周出现环形空间。
使铝膜部分或全部脱离，形成高阻或开路。
（9）“爆米花效应”：塑封元器件塑封材料内的水汽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效应，拉断键合丝，从而发生开路失效。
失效模式是指失效的外在直观失效表现形式和过程规律，通常指测试或观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能失效等。
产品的失效依据其是否具有损伤的时间累积效应而被分为“过应力型失效”和“损耗型失效”，所以，与时间相关的失效模型定量地描述了产品随时间的损伤积累状况，在宏观上表现为性能或是参数随时间的退化。
常用的失效模型有：（1）阿列尼乌兹模型：阿列尼乌兹模型定量地给出化学反应速率与温度的关系，所以，如果一个产品的失效过程取决于这样的一个化学，则阿列尼乌兹模型就给出了产品的寿命，反应环境温度T （绝对温度）下的产品寿命L t kT E ae C •=，其中，C 为常数；E a 为化学反应的激活能。
建立在这一模型基础上的加速因子AF 则为：]11[T T k E acc ae AF =，这里，T acc 为加速条件下的温度。
（2）艾林模型：艾林模型与阿列尼乌兹模型相比可以考虑温度以外更多类型的应力的影响，同时，潜在地可以考虑这些不同类型应力之间的相互作用。
四、失效分析技术失效分析技术是失效分析说使用的手段和方法，它主要包括六大方面的内容：失效定位技术；样品制备技术；显微分析技术；应力验证技术；电子分析技术；成份分析技术。
1、失效定位技术失效定位技术的主要目的是确定检测目标的失效部位，随着现代集成电路及电子元器件的复杂化，失效定位技术就显得尤为重要。
失效定位技术有多种方法，其中无需开封即可进行的无损检测有X-ray ，SAM 等。
X-ray 可用于观察元器件及多层印刷电路板的内部结构，内引线开路或短路，粘接缺陷，焊点缺陷，封装裂纹，空洞、桥连、立碑及器件漏装等缺陷。
SAM 则可观察到材料内部裂纹，分层缺陷，空洞、气泡、空隙等。
若X-ray ，SAM 不能探测到失效部位，则需要对元器件进行开封处理，而后可进行其他方法的失效定位，如显微检查。
2、样品制备技术解决大部分失效分析，都需要采用解剖分析技术，即对样品的剖层分析，它不对观察和测试部分存在破坏。
样品的制备步骤一般包括：打开封装、去钝化层，对于多层结构芯片来说，还要去层间介质。
打开封装可以使用机械开封或化学开封方法。
去钝化层可使用化学腐蚀或等离子体腐蚀（如ICP 、RIE ）的方法，或FIB 等。
3、显微分析技术失效原因的分析，失效机理的确定及前文提到的失效定位都要用到显微分析技术。
显微分析一般采用各种显微镜，且他们各具优缺点，如景深大成像立体感强的体视显微镜；平面成像效果好颜色突出的金相显微镜；放大倍数高（可达几十万倍）的SEM ；制样要求高可观察到晶格结构的TEM ；成像精度不高但操作方便的红外显微镜；成像精度较高的光辐射显微镜等，要根据实际情况进行设备和方法的选择。
4、应力验证技术电子元器件在不同的环境中可靠性存在差异，如不同湿度、温度下产生的应力，不同电流、电压下产生的电应力等，都会导致电子元器件性能的变化，或失效。
因此，可以模拟各种环境参数，来验证元器件在各种应力下的可靠性。
5、电子分析技术利用电子进行失效分析的方法很多，如EBT ，EPMA ，SEM ，TEM ，AES等。
6、成份分析技术需要确定元器件中某部分的成份和组份即需要用到成份分析技术，以判断是否存在污染，或组份是否正确，而影响了元器件的性能。
常用设备有EDS ，EDAX ，AES ，SIMS 等。
五、结束语失效分析的过程由分析者的主观能动性开始，首先充分了解失效分析现场，搜集失效经过的信息，判断失效的可能原因与机理，并选择以上描述的失效分析技术中的一项或者多项对猜想给与验证或否定，并实时修改猜想的失效原因与机理，重复验证与否定过程，直至得出结论。
失效分析全过程以分析者的主观判断为基础，辅以各种实验手段，给出所做猜想肯定或否定的证据，并最终得到结论。
参考文献[1] 史保华, 贾新章, 张德胜. 微电子器件可靠性. 西安: 西安电子科技大学出版社, 1999[2] 张安康. 微电子器件与电路可靠性. 北京: 电子工业出版社, 1994[3] 周南生译. 半导体器件可靠性技术. 西安: 西安电子科技大学出版社, 1991[4] 王开建, 李国良等. 电子器件失效分析[J]. 半导体学报, 2006, 27(1): 295-298[5] 陈旭标. 浅谈电子元器件失效[J]. 电子元件与材料, 2000, 19(4): 42-43[6] 杨兴, 刘玉宝. 微电子器件的失效分析[J]. LSI制造与测试, 1999, 11(4): 56-59。