电子元器件失效分析技术及经典案例 (1)
赛宝电子元器件失效分析 第一讲
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有的人这样理解失效分析
医药学的历史与人类的病痛一样长。大量医药科 学的进步都是建立在外科医生进行的尸体解剖上。 （仁慈的东方人除外） 在我们的专业领域，这一做法通常称为“失效分 析”。 每个失效部件都应被视为进行可靠性改进的机会。 失效部件有时甚至是“珍贵的”。
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中国可靠性网
事故并非偶然
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可靠性工程新观念
1980年代可靠性观念发生变化，也随之提出了可靠性强 化试验（RET,Reliability Enhancement Testing，或称 为步进应力试验、高加速寿命试验HALT、高加速应力筛 选HASS等）等面向失效的可靠性新技术。 RET技术的理论依据是失效物理学(Pof,Physics of Failure),把失效当作研究的主体，通过激发、研究和根 治失效达到提高可靠性的目的。
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失效物理方法
M.G.Pecht和L.W.Condra提出了失效物理方法的8个步骤： 1. 确定真正的系统要求； 2. 确定使用环境； 3. 验明潜在的失效部位和失效机理； 4. 采用可靠的原材料和元器件； 5. 设计可靠的产品； 6. 鉴定加工和装配方法； 7. 控制加工和装配过程； 8. 对产品的寿命期成本和可靠性进行管理。
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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，确定其失效模式，找出失效机 理。 失效分析程序应足以得出相应结论，确定失效的原 因或相应关系，或者在生产工艺、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,或防止其重新出现。
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4.失效机理
应用总结-电子元器件失效分析
内部资料
无锡华润矽科微电子有限公司
失效模式与失效机理
3.10、键合失效——一般是指金丝和铝条互连之间的键合失效。由于金铝之间的化学势的不同，经长期使用或200℃以上高温储存后，会产生多 种金属间化合物，如紫斑、白斑等。结果使铝层变薄，粘附性下降，造 成半断线状态，接触电阻增加，最后导致开路失效。在300℃高温下还会 产生空洞，即柯肯德尔效应，这种效应是在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洞，使铝膜部分或全部脱离，形 成高阻或开路。
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失效模式与失效机理
ESD 损伤图片
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失效模式与失效机理
3.3、辐射损伤——在自然和人造辐射环境中，各种带电或不带电的高能 粒子（如质子、电子、中子）以及各种高能射线（如Х 射线、γ 射线等 ）对集成电路造成的损伤。 3.4、氧化层电荷——集成电路中存在的与氧化层有关的电荷，包括固定 氧化层电荷、可动电荷、界面陷阱电荷和氧化层陷阱电荷。
内部资料
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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。 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。
电子元器件失效分析技术及经典案例 (1)
电子元器件失效分析技术及经典案例培训课程背景：电子产品在不断与失效作斗争中不断提高可靠性，失效分析是与产品失效作斗争的最有效的工具。
失效分析是故障归零的关键技术：产品故障归零技术上要求“定位准确，机理清楚，故障再现，措施有效，举一反三”，显然，失效分析实现“机理清楚”，只有在失效机理的指引下才能确定正确的“故障再现”的应力，只有在机理的指引下，才能确定引起故障的原因，对故障实施改进、控制才能做到“措施有效”。
课程概要及收益：“电子元器件失效分析技术与经典案例”分为两讲，第一讲和第二讲是“电子元器件失效分析技术”，这一讲中首先简单讲述电子产品（包括各种元器件、集成电路、组件等）失效分析的主要术语，失效分析的程序和方法。
重点通过具体的分析案例，剖析失效分析的程序和方法各个节点的分析要点和分析技巧。
通过学习让学员掌握怎样开展失效分析工作，采用什么分析仪器设备提取失效样品的失效证据，怎样研判失效证据与样品失效的关系，从而诊断失效样品的失效机理；掌握分析设备的应用技巧和失效分析中的关键问题。
第三讲是“失效分析经典案例”，通过典型的失效分析案例的剖析，加深失效分析程序和方法的掌握，通过典型的失效分析案例讲述各种元器件、各种失效机理的分析、诊断方法，并在失效分析的案例中培训学员怎样考虑问题、怎样采用合适的分析手段（分析仪器、设备）提取证据，怎样识别各种失效机理的表现特征，怎样对获得的各方面的信息、证据进行综合分析以达到对失效产品进行准确诊断的目的。
【主办单位】中国电子标准协会【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司课程对象：电子元器件、电路板或整机企业的设计工程师、质量工程师、工艺工程师、可靠性工程师、失效分析工程师；第一讲失效分析概论1.基本概念2.失效分析的定义和作用3.失效模式4.失效机理5.一些标准对失效分析的要求6.标准和资料第二讲失效分析技术和设备1. 失效分析基本程序a.基本方法与程序b.失效信息调查与方案设计c.非破坏性分析的基本路径d.半破坏性分析的基本路径e.破坏性分析的基本路径f.报告编制2. 非破坏性分析的基本路径a.外观检查b.电参数测试分析与模拟应力试验c.检漏与PINDd.X光与扫描声学分析3. 半破坏性分析的基本路径a.开封技术与可动微粒收集b.内部气氛检测(与前项有冲突)c.不加电的内部检查(光学.SEM与EDS.微区成分)d.加电的内部检查(微探针.红外热像.EMMI光发射.电压衬度像.束感生电流像.电子束探针).4. 破坏性分析的基本路径a.去除钝化层技术(湿法.干法)b.剖切面技术及分析(切片)5. 分析技术与分析设备清单第三讲失效分析典型案例1. 系统设计缺陷引起的失效2. CMOS IC 闩锁效应失效3. 静电损伤失效4. 过电损伤失效5. 热应力失效6. 机械应力损伤失效7. 电腐蚀失效8. 污染失效9. 热结构缺陷引起过热失效10.其他缺陷引起的失效11.寿命失效师资介绍:李老师我国电子产品失效分析领域权威专家.24年来一直从事电子产品可靠性技术研究工作,曾经主持参加众多军用电子元器件可靠性研究课题,多次获得各级科研成果奖项,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。
ESD失效分析FA及案例介绍
• 在CDM ESD冲击下，有类似的DS silicon filament defect，但较 HBM少，特点是振荡较少
（3）成分观察： EDAS、电子微探针显微分析(EPMA)、俄歇电子能谱(AES)
、x射线光电子能谱(xPS)、二次离子质谱(SIMs)等方法
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
典型的失效形式
• 1、D-S silicon filament defect due to high ESD stress field
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
信息产业部软件与集成电路促进中心 ZJU-UCF联合ESD实验室
(1)一般的失效机理
失效分析的手段： （1）形貌观察： • 光学显微镜：最常用，观察器件的表面和逐层剥除的次表面。对于光学显
微镜放大倍数是500倍，使用冶金显微镜可以达到1000倍，使用特殊的液 体透镜技术，可以达到1500倍，1000-1500可以观察到1微米线宽缺陷。 • SEM：更高倍数15000倍，使用背散射二次电子和样品倾斜台还可以获得 一定的三维图像），存在电荷积累，可以使用扫描离子显微镜SIM，TEM ：更高的解析度。可以观察缺陷位错。不需要真空的可以用AFM：会受到 表面电荷等的影响。 • 对于需要透视观察的，平面的可以用SAM（电声显微镜，特别是铝钉） ，三维的可以用X射线显微镜，或者使用RIE：反应离子刻蚀，逐层剥除 观察。 • FIB：聚焦离子束，用离子束代替电子束观察显微结构，可以透视剥除金 属或者钝化层观察，所以FIB也可用于VLSI的纠错（可以加装能谱）
电子元器件失效分析技术及经典案例李少平
电子元器件失效分析技术及经典案例【时刻地址】 2021年11月09-10日深圳 | 2021年11月16-17日苏州【参加对象】电子元器件、电路板或整机企业的设计工程师、质量工程师、工艺工程师、靠得住性工程师、失效分析工程师等。
【费用】￥2500元/人（含两天中餐、指定教材、茶点）【会务组织】森涛培训网（）．广州三策企业治理咨询【咨询】、（提早报名可享受更多优惠,欢迎来电咨询）【值班电话】【联系人】庞先生郭小姐【在线 QQ 】 1【网址链接】《》(李少平)电子产品在不断与失效作斗争中提高靠得住性，失效分析是与产品失效作斗争的最有效的工具，通过对失效产品的失效分析，诊断失效产品的失效机理，以失效机理为引导，进一步分析诱发失效机理的应力，从而诊断引发产品失效的全然缘故，最终，从产品失效的全然缘故所涉及的因素（如产品的材料、结构、工艺的缺点，或产品利用不合理）入手，采取有针对性的方法，完全消灭产品失效或有效操纵产品失效。
●课程概要:“电子元器件失效分析技术与经典案例”第一介绍电子产品（包括各类元器件、集成电路、组件等）失效分析的程序和方式，要紧的失效分析设备及其应用技术，和失效分析中要注意的关键问题。
然后，通过典型的失效分析案例展现产品的失效分析中如何考虑问题、如何采纳适合的分析手腕（分析仪器、设备），如何提取证据，如何识别各类失效机理，如何对取得的各方面的信息、证据进行综合分析以达到对失效产品进行准确诊断的目的。
●课程目的:“失效分析技术”让您系统了解失效的程序与方式，把握失效分析的各类分析手腕（仪器、设备）；“经典案例”让您把握电子产品的要紧失效模式和失效机理，把握失效分析的核心：分析思路，机理的识别，分析手腕（仪器、设备）的应用技术。
●课程提纲：【第一天课程内容】第一讲电子元器件失效分析程序和方式第一节失效分析的作用。
最新失效分析经典案例分享
最新失效分析经典案例分享案例一：某知名手机品牌电池爆炸事件某知名手机品牌近期发生了一起电池爆炸事件，导致用户受伤。
经过详细的失效分析，发现电池在高温环境下，由于内部结构设计不合理，导致电池内部短路，进而引发爆炸。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须高度重视电池的安全性，严格把控电池的质量和性能。
案例二：某电动车品牌刹车失灵事件某电动车品牌近期发生了一起刹车失灵事件，导致用户在行驶过程中无法及时停车，造成交通事故。
经过失效分析，发现刹车系统中的传感器存在设计缺陷，导致刹车信号无法正常传输。
这一案例警示我们，在产品设计和生产过程中，必须关注关键部件的可靠性，确保产品的安全性。
案例三：某智能门锁品牌指纹识别失效事件某智能门锁品牌近期发生了一起指纹识别失效事件，导致用户无法正常使用门锁。
经过失效分析，发现指纹识别模块中的芯片存在质量问题，导致识别准确率下降。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须关注关键零部件的质量，确保产品的稳定性和可靠性。
最新失效分析经典案例分享案例四：某品牌空调制冷效果不佳事件某品牌空调近期被用户投诉制冷效果不佳，经过详细的失效分析，发现空调制冷系统中的冷凝器存在制造缺陷，导致制冷剂泄漏，影响了空调的制冷效果。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须重视冷凝器等关键部件的质量，确保空调的制冷效果。
案例五：某品牌笔记本电脑触摸屏失灵事件某品牌笔记本电脑近期发生了一起触摸屏失灵事件，导致用户无法正常使用触摸屏功能。
经过失效分析，发现触摸屏的传感器存在设计缺陷，导致触摸信号无法正常传输。
这一案例警示我们，在产品设计和生产过程中，必须关注触摸屏等关键部件的可靠性，确保产品的使用体验。
案例六：某品牌洗衣机漏水事件某品牌洗衣机近期发生了一起漏水事件，导致用户家中地面受损。
经过失效分析，发现洗衣机的排水系统存在设计缺陷，导致排水不畅，进而引发漏水。
这一案例提醒我们，在产品设计和生产过程中，必须关注排水系统等关键部件的设计，确保产品的使用安全。
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技术经典案例1
失效发生期与失效机理的关系
• 早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料 缺陷、筛选不充分
• 随机失效：静电损伤、过电损伤 • 磨损失效：元器件老化 • 随机失效有突发性和明显性 • 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性
失效分析的一般程序
• 收集失效现场数据 • 电测并确定失效模式 • 非破坏检查 • 打开封装 • 镜检 • 通电并进行失效定位 • 对失效部位进行物理化学分析，确定失效机
理 • 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施
收集失效现场数据
• 作用：根据失效现场数据估计失效原因 和失效责任方 根据失效环境：潮湿、辐射 根据失效应力：过电、静电、高温、低 温、高低温 根据失效发生期:早期、随机、磨损
• 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
温度应力－时间模型
dM
E
Ae kT
dt
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
电路设计、改进电路板制造工艺、提高测试技 术、设计保护电路的依据 • 整机用户：获得改进操作环境和操作规程的依 据 • 提高产品成品率和可靠性，树立企业形象，提 高产品竞争力
失效分析技术的延伸
• 进货分析的作用：选择优质的供货渠道， 防止假冒伪劣元器件进入整机生产线
• 良品分析的作用：学习先进技术的捷径
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失效分析案例
失效分析案例1：电浪涌导致器件失效
某产品在用户现场频频出现损坏，经过对返修单板进行分析，发现大部分返修单板均是某接口器件失效，对器件进行解剖后，在金相显微镜下观察，发现器件是由于EOS导致内部铝线融化，导致器件失效，该EOS能量较大。
进一步分析和该铝条相连的管脚电路应用，发现电路设计应用不当，没有采用保护电路，在用户现场带电插拔产生的电浪涌导致该器件失效。
通过模拟试验再现了失效现象。
解决方法：在用户手册中强调该产品不支持带电插拔。
预防措施：在今后的设计中，考虑用户的使用习惯，增加防护电路设计，对产品进行热插拔设计。
案例1
案例2：MSD控制不当导致产品在用户现场大量失效
某产品在用户现场使用半年以后，返修率惊人，达到30％，对产品进行分析，对主要失效器件进行失效分析，在扫描电镜下发现金属丝疲劳断裂导致器件失效。
进一步的原因分析，发现是该产品的生产加工控制出现了问题，对潮湿敏感器件的管理没有按照J-STD-033A 标准进行，导致受潮器件没有按照规定时间进行高温烘烤，在过回流焊时出现“爆米花”效应，对器件造成了损伤，降低了可靠性，导致在用户现场器件失效。
解决措施：对用户现场的所有有问题的批次产品进行召回。
预防措施：在生产加工过程中严格进行MSD的管理和控制。
案例2
案例3：电迁移
某产品在用户现场使用3年以后，返修率开始出现明显异常，进行失效分析发现，主要是某功率器件内部电迁移引起。
该问题属于器件厂家的设计和制造缺陷。
解决措施：和厂家联系，确定有问题的批次，更换有问题批次的器件。
预防措施：对器件可靠性认证体系重新进行设计，减少厂家批次性问题的发生。
案例3。
电子元器件失效分析具体案列
图 1 Pin17 已熔断内引线
图 2 Pin17 已熔断内引线
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
图 3 击穿点及引线损坏形貌
图 4 过电形貌
图 5 内部电路过电形貌
图 6 内部电路击穿点形貌
图 7 内部电路击穿点形貌
图 8 内部电路击穿点形貌
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
案例三：
1 产品名称及型号：通信 IC PMB6850E V2.10
作均正常；
3）内部水汽含量测试：应委托方要求，8＃与 12＃样品进行内部水汽含量测试，结果符合
要求；
中国赛宝实验室可靠性研究分析中心
4）端口 I－V 特性测试：使用静电放电测试系统剩下的样品进行 I－V 端口扫描测试，发现： 4＃样品的 Pin3、Pin4、Pin5、Pin7 对地呈现明显的电阻特性，使用图示仪测试后测得 Pin3 对地呈现约 660Ω阻值、Pin4 与 Pin5 对地呈现约 300Ω阻值、Pin7 对地呈现约 140
___
Ω阻值，且在 1＃与 4＃样品的 Pin31（ EA /Vpp）发现特性曲线异常，但并非每次都能 出现；其他样品的管脚未发现明显异常； 5）开封和内部分析：对 1＃～5＃样品进行开封，内目检时发现： 芯片的铝键合丝与键合台以外相邻的金属化层（有钝化层覆盖）存在跨接现象。在拉 断铝丝后，可见到铝丝通过超声键合已粘接在相邻的地连线或膜电阻上，并粘附着铝丝被 粘连的铝屑见图 2～图 4。拉断铝丝后均能观察到键合台邻近的工作金属线或膜电阻上存在 铝丝残存的碎屑，说明铝丝存在键合跨接。 统计发现，在 3＃与 4＃样品中，每只样品的 40 个键合台均有 27 个存在铝丝键合 与其相连的工作金属化铝连线（地线或膜电阻）跨接粘连的问题。
PCB失效分析技术总结及实用案例分享
PCB失效分析技术总结及实用案例分享作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。
对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。
1.外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。
外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。
另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。
2.X射线透视检查对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X射线透视系统来检查。
X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。
该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。
目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。
3.切片分析切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。
通过切片分析可以得到反映PCB（通孔、镀层等）质量的微观结构的丰富信息，为下一步的质量改进提供很好的依据。
但是该方法是破坏性的，一旦进行了切片，样品就必然遭到破坏；同时该方法制样要求高，制样耗时也较长，需要训练有素的技术人员来完成。
失效模式分析经典案例
电子元器件失效分析技术与失效分析经典案例案例1 器件内部缺陷——导致整机批次性失效失效信息：整机是磁盘驱动器，制造过程整机的次品率正常为300ppm，某时起发现次品率波动，次品原因是霍尔器件极间漏电、短路。
图1 引出电极金属化（金）边缘脱落跨接图片析说明：引出电极金属化边两电极之间，在电压作用下漏电、击穿。
案例电极边缘脱落，跨接两电极引起电极之间漏电短路分缘有残边，残边在注塑时被冲开而跨接于这是器件的工艺缺陷，这种缺陷具有批次性的特征，该批器件在使用过程中失效率大，寿命短。
2：静电放电损伤失效图2 射频器件静电击穿照片（金相）图3 数字IC静电击穿照片SEM）分析说明：静电放电击穿典型的特征是能量小、线径小，飞狐、喷射。
主要发生在射频、能量释放时间短，其失效特征是击穿点微波器件，场效应器件、光电器件也常有静电放电击穿的案例。
案例3：外部引入异常电压引起通讯IC 输失效信息：分析说明：通讯芯片通讯端口上的传输线容易引入干扰电压（窄脉冲浪涌），干扰电压多次对通讯案例电流能力下降引起整机失效率异常增大某时起整机的市场维修率异常增大，维修增大是整机中的IGBT 功率器件失效引起的。
另外集成电路、出驱动失效通讯芯片在现场使用时发生失效，表现为通讯端口对地短路。
图4 通讯IC 输出管形貌（SEM ）图5 输出管电压击穿形貌（SEM ）IC 的通讯端内部电路起损伤作用，最终形成击穿通道。
4：功率器件失效信息：图6 IGBT 芯片呈现过电流失效特征图7 原来IGBT 的内部结构析说明：效样品表现为过电流失效。
整机维修率异常增大发生时更改IGBT 的型号。
IBGT 制造厂家给出新330W ，原来型号的IGBT 的功率指标为，其它指标没有变化。
两只芯片，多了一只反向释放二极管，两个型号的IGBT 芯片的面积一样大，显然，下降，因此，新型号的IGBT 的电流能分失型号的IGBT 的功率指标比为175W 但新型号的IGBT 内部结构（图6）仅有一只芯片，而原来型号的IGBT 有新型号的IGBT 的芯片要有部分面积来完成反向释放二极管的作用，由于IGBT 芯片有效面积的减小，导致其电流能力力不如原来型号的IGBT ，整机中IGBT 的工作电流比较临界，因此，使用过程中由于电流问题的发生大量失效。
ESD失效分析FA及案例介绍
17 2008-9-23
信息产业部软件与集成电路促进中 联合ESD实验室 心ZJU-UCF联合 联合 实验室
3、ESD damages in metal interconnect
• 还有一种典型的损伤：是金属互连线的热损坏，在Al和Cu工艺中都会 出现。 • 图Al挤出型，0.25工艺中普遍使用的Ti/Al/Ti互连技术。当Al过热熔化 后，就会流入在Al和Al金属层之间的介质层的显微裂纹中。
16 2008-9-23
信息产业部软件与集成电路促进中 联合ESD实验室 心ZJU-UCF联合 联合 实验室
2、gate oxide films breakdown
• 光学显微镜观察：分析两指条的GGNMOS（0.35工艺），可以清晰 看出：在两个指条drain contact和gate区均匀缝补点状损伤（热点） ，因为LDD结果导致的不均匀触发。
19 2008-9-23
信息产业部软件与集成电路促进中 联合ESD实验室 心ZJU-UCF联合 联合 实验室
3、ESD damages in metal interconnect
• 比较两个5微米宽的power supply线，一个是0.5微米厚一个是0.45微 米厚，用于N=/n-well二极管的ESD防护，厚的HBM10KV下也没有损 坏，而薄的（如图）出现金属的蒸发和电－热的迁移扩散。所以仔细 设计金属线也很重要不仅可以提高ESD的鲁棒性，还可以降低级寄生 的电容。
3 2008-9-23
信息产业部软件与集成电路促进中 联合ESD实验室 心ZJU-UCF联合 联合 实验室
4 2008-9-23
信息产业部软件与集成电路促进中 联合ESD实验室 心ZJU-UCF联合 联合 实验室
PCB失效分析技术总结及实用案例分享
PCB失效分析技术总结及实用案例分享作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。
对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。
1.外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。
外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。
另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。
2.X射线透视检查对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X射线透视系统来检查。
X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。
该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。
目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。
3.切片分析切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。
通过切片分析可以得到反映PCB（通孔、镀层等）质量的微观结构的丰富信息，为下一步的质量改进提供很好的依据。
但是该方法是破坏性的，一旦进行了切片，样品就必然遭到破坏；同时该方法制样要求高，制样耗时也较长，需要训练有素的技术人员来完成。
电子元器件失效了怎么分析？如何找到失效原因？
电⼦元器件失效了怎么分析？如何找到失效原因？器件⼀旦坏了，千万不要敬⽽远之，⽽应该如获⾄宝。
开车的⼈都知道，哪⾥最能练出驾驶⽔平？⾼速公路不⾏，只有闹市和不良路况才能提⾼⽔平。
社会的发展就是⼀个发现问题解决问题的过程，出现问题不可怕，但频繁出现同⼀类问题是⾮常可怕的。
失效分析基本概念定义：对失效电⼦元器件进⾏诊断过程。
1、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。
2、失效分析的⽬的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。
3、失效模式是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。
4、失效机理是指失效的物理化学过程，如疲劳、腐蚀和过应⼒等。
失效分析的⼀般程序1、收集现场场数据2、电测并确定失效模式3、⾮破坏检查4、打开封装5、镜验6、通电并进⾏失效定位7、对失效部位进⾏物理、化学分析，确定失效机理。
8、综合分析，确定失效原因，提出纠正措施。
1、收集现场数据：2、电测并确定失效模式电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。
连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。
这类失效容易测试，现场失效多数由静电放电（ESD）和过电应⼒（EOS）引起。
电参数失效，需进⾏较复杂的测量，主要表现形式有参数值超出规定范围（超差）和参数不稳定。
确认功能失效，需对元器件输⼊⼀个已知的激励信号，测量输出结果。
如测得输出状态与预计状态相同，则元器件功能正常，否则为失效,功能测试主要⽤于集成电路。
三种失效有⼀定的相关性,即⼀种失效可能引起其它种类的失效。
功能失效和电参数失效的根源时常可归结于连接性失效。
在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下，有可能⽤简单的连接性测试和参数测试⽅法进⾏电测，结合物理失效分析技术的应⽤仍然可获得令⼈满意的失效分析结果。
3、⾮破坏检查X-Ray检测，即为在不破坏芯⽚情况下，利⽤X射线透视元器件（多⽅向及⾓度可选），检测元器件的封装情况，如⽓泡、邦定线异常，晶粒尺⼨，⽀架⽅向等。
电子元器件失效分析及解决技术与典型案例
●课程收益：本课程系统地介绍了电子元器件失效分析技术及典型分析案例。
主要讲授电子元器件失效分析的目的和意义、失效分析程序、失效分析技术以及失效分析主要仪器设备与工具及解决技术；案例按照元器件门类分为集成电路、微波器件、混合集成电路、分立器件、阻容元件、继电器和连接器、电真空器件、板极电路和其它器件，多个失效分析典型案例，突出介绍了该类器件的失效特点、主要失效模式及相关失效机理，提出了预防和控制使用失效发生的必要措施及解决技术。
该课程具有较强的实用性，可供失效分析专业工作者以及元器件和整机研制、生产单位的工程技术人员学习，通过大量的失效分析案例讲解，加深学员对该课程的理解，初步掌握电子器件失效分析技能和方法，提高器件应用水平。
●课程主要内容：第一部分:电子元器件失效分析技术1．失效分析的基本概念和一般程序2．失效分析的电测试3．无损失效分析4．模拟失效分析5．制样技术6．形貌像技术7．扫描电镜电压衬度像8．热点检测技术9．聚焦离子束技术10. 微区化学成分分析技术第二部分:分立半导体器件和集成电路的失效机理和案例1．塑料封装失效2．引线键合失效3．水汽和离子沾污4．介质失效5．过电应力损伤6．闩锁效应7．静电放电损伤8．金属电迁移9．金属电化学腐蚀10．金属-半导体接触退化11．芯片粘结失效第三部分:电子元件的失效机理和案例1. 电阻器的失效机理和案例2. 电容器的失效机理和案例3. 继电器的失效机理和案例4．连接器的失效机理和案例5．印刷电路板和印刷电路板组件第四部分:微波半导体器件失效机理和案例1.微波器件的主要失效模式及失效机理2.微波器件典型案例综合分析3.微波器件的失效控制措施4.微波器件失效分析典型案例第五部分:混合集成电路失效机理和案例1.混合集成电路的主要失效模式及失效机理2.混合集成电路典型案例综合分析3.混合集成电路的失效控制措施4.混合集成电路失效分析典型案例第六部分其它器件的失效机理和案例1.其它器件主要失效模式及失效机理2.其它器件典型案例综合分析3.其它器件失效分析典型案例。
失效分析经典案例--BGA焊接不良
DFR-01
一、样品描述
所送检的PCBA样品经电性能测试发现其BGA部位可能有焊接不良（怀疑虚焊）存在，现需分析该问题是该PCBA在SMT制程中造成或是PCB 的（即上锡不良）原因。
委托单位提供了一件PCBA样品与所用的3件PCB 样品。
二、分析过程
1、显微分析
将PCBA上的BGA部分切下，用环氧树脂镶嵌、刨磨、抛光、腐蚀制作BGA焊点的金相剖面或截面，然后用Nikon OPTIPHOT金相显微镜与LEICA MZ6立体显微镜进行观察分析，发现在第一排的第四焊点存在缺陷，锡球与焊盘间有明显的分离现象（图1），其他焊点未检查到类似情况。
图1 BGA焊点（第一排第4个）切片截面显微镜照片（1）
2、PCB焊盘的可焊性分析
图2 BGA焊点缺陷部位放大的显微镜照片（2）
图3 PCB上的BGA焊接部位的润湿不良的焊盘（1）
图4 PCB上的润湿不良的焊盘（2）3、PCB表面状态分析
4、SEM以及EDX分析
图6 不良焊点截面的外观SEM分析照片。
图7 SEM照片中A部位的化学（元素）组成分析结果
图8 SEM照片中B部位的化学（元素）组成分析结果
图9 图5中不良焊盘的表面的化学（元素）组成分析结果
5、焊锡膏的润湿性分析
三、结论
经过以上分析，可以得出这样的结论：
1、送PCBA样品的BGA部位的第一排第4焊点存在不良缺陷，锡球焊点与
焊盘间有明显开路。
2、造成开路的原因为：该PCB的焊盘润湿性（可焊性）不良，焊盘表
面存在不明有机物，该有机物绝缘且阻焊，使BGA焊料球无法与焊盘在焊接时形成金属化层。
PCB失效分析技术与案例
PCB失效分析技术与案例PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）作为电子产品的核心组成部分，承载着各种电子元件和连接线路，是电子产品正常运行的基础。
然而，由于各种原因，PCB可能会出现失效现象，例如电气失效、机械失效、热失效等。
本文将介绍几种常见的PCB失效分析技术以及相应的案例。
一、电气失效分析技术1.测试仪器：使用示波器、万用表、频谱分析仪等仪器对PCB进行电气特性分析，检测电气性能是否正常。
2.红外测试：使用红外线热像仪对PCB进行红外检测，查找异常发热点，判断是否存在热失效等问题。
3.焦耳热分析：通过加热PCB，利用焦耳热效应来检测是否有电气连接不良，或是电敏感元器件的温度分布不均等问题。
案例：电子产品的PCB在使用过程中发现频繁死机。
经过电气失效分析发现，其中一个芯片温度异常升高，通过焦耳热分析发现该芯片与PCB之间的焊点存在接触不良，导致芯片发热过高而死机。
二、机械失效分析技术1.目视检查：通过目视检查PCB表面是否存在物理损伤，如裂纹、变形等。
2.显微镜观察：使用显微镜对PCB进行观察，检查PCB连接是否完好，是否存在疲劳裂纹等。
3.声发射检测：利用声发射检测仪器对PCB进行检测，通过检测不同频率的声波来判断是否存在机械失效。
案例：电子产品的PCB在物理冲击后无法正常工作。
经过机械失效分析发现，PCB上的一个元件发生了松动，导致接触不良。
通过目视检查和显微镜观察，最终发现该元件的焊点出现了裂纹，进一步造成了PCB的机械失效。
三、热失效分析技术1.热测量：使用热敏电阻或红外线热像仪对PCB进行温度测量，查找温度异常区域，判断热失效的可能性。
2.热分析：利用有限元软件对PCB进行热仿真分析，通过数值模拟来预测PCB在工作过程中的温度分布和热应力。
案例：电子产品的PCB过热导致无法正常工作。
经过热失效分析发现，PCB散热不良，导致温度过高。
通过热测量发现，PCB上的散热片连接不良，无法正确散热。
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电子元器件失效分析技术及经典案例培训
课程背景：
电子产品在不断与失效作斗争中不断提高可靠性，失效分析是与产品失效作斗争的最有效的工具。
失效分析是故障归零的关键技术：产品故障归零技术上要求“定位准确，机理清楚，故障再现，措施有效，举一反三”，显然，失效分析实现“机理清楚”，只有在失效机理的指引下才能确定正确的“故障再现”的应力，只有在机理的指引下，才能确定引起故障的原因，对故障实施改进、控制才能做到“措施有效”。
课程概要及收益：
“电子元器件失效分析技术与经典案例”分为两讲，第一讲和第二讲是“电子元器件失效分析技术”，这一讲中首先简单讲述电子产品（包括各种元器件、集成电路、组件等）失效分析的主要术语，失效分析的程序和方法。
重点通过具体的分析案例，剖析失效分析的程序和方法各个节点的分析要点和分析技巧。
通过学习让学员掌握怎样开展失效分析工作，采用什么分析仪器设备提取失效样品的失效证据，怎样研判失效证据与样品失效的关系，从而诊断失效样品的失效机理；掌握分析设备的应用技巧和失效分析中的关键问题。
第三讲是“失效分析经典案例”，通过典型的失效分析案例的剖析，加深失效分析程序和方法的掌握，通过典型的失效分析案例讲述各种元器件、各种失效机理的分析、诊断方法，并在失效分析的案例中培训学员怎样考虑问题、怎样采用合适的分析手段（分析仪器、设备）提取证据，怎样识别各种失效机理的表现特征，怎样对获得的各方面的信息、证据进行综合分析以达到对失效产品进行准确诊断的目的。
【主办单位】中国电子标准协会【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司
课程对象：电子元器件、电路板或整机企业的设计工程师、质量工程师、工艺工程师、可靠性工程师、失效分析工程师；
第一讲失效分析概论
1.基本概念
2.失效分析的定义和作用
3.失效模式
4.失效机理
5.一些标准对失效分析的要求
6.标准和资料
第二讲失效分析技术和设备
1. 失效分析基本程序
a.基本方法与程序
b.失效信息调查与方案设计
c.非破坏性分析的基本路径
d.半破坏性分析的基本路径
e.破坏性分析的基本路径
f.报告编制
2. 非破坏性分析的基本路径
a.外观检查
b.电参数测试分析与模拟应力试验
c.检漏与PIND
d.X光与扫描声学分析
3. 半破坏性分析的基本路径
a.开封技术与可动微粒收集
b.内部气氛检测(与前项有冲突)
c.不加电的内部检查(光学.SEM与EDS.微区成分)
d.加电的内部检查(微探针.红外热像.EMMI光发射.电压衬度像.束感生电流像.电子束探针).
4. 破坏性分析的基本路径
a.去除钝化层技术(湿法.干法)
b.剖切面技术及分析(切片)
5. 分析技术与分析设备清单
第三讲失效分析典型案例
1. 系统设计缺陷引起的失效
2. CMOS IC 闩锁效应失效
3. 静电损伤失效
4. 过电损伤失效
5. 热应力失效
6. 机械应力损伤失效
7. 电腐蚀失效
8. 污染失效
9. 热结构缺陷引起过热失效
10.其他缺陷引起的失效
11.寿命失效
师资介绍:
李老师我国电子产品失效分析领域权威专家.24年来一直从事电子产品可靠性技术研究工作,曾经主持参加众多军用电子元器件
可靠性研究课题,多次获得各级科研成果奖项,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。
曾为：华为、中兴集团、海尔集团、美的集团、厦华、飞通、广东核电等上百家企业进行内训及公开授课，学员累计数千人。
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。