封装可靠性及失效分析 ppt课件

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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）
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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

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。

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微电子

可靠性影响因素
制造工艺
制造过程中的缺陷、杂质和结构变化等会影响器件的可靠性。
环境因素
温度、湿度、压力、电磁场等环境因素对器件的可靠性产生影响。
物理特性
器件的物理特性如尺寸、材料、结构等对可靠性有重要影响。
电源和信号条件
电源电压、电流、信号频率和幅度等对器件的可靠性有一定影响。
02
失效分析
失效定义与类型
失效定义
在规定条件下，半导体器件不能维持其特性或功能，称为失效。
失效类型
分为硬失效和软失效。硬失效是指器件物理损坏，如断路、短路或芯片脱落等；软失效是指器件性能下降，如参数漂移、噪声增大或信号丢失等。
失效分析方法
外观检查
电路测试
通过肉眼观察或使用显微镜来检查器件的外观是否有异常，如机械损伤、腐蚀或金属化迁移等。
半导体器件的失效案例分析
热失效案例
01
02
03
失效描述
半导体器件在高温下运行时，其性能会受到影响，导致其参数漂移或功能失效。
原因分析
热失效通常由于热量积聚、散热不良或热膨胀等因素导致。
解决方案
优化器件设计、改善散热条件或采用耐高温材料等。
机械失效案例
失效描述
半导体器件在机械应力或振动条件下运行时，可能会出现裂纹、断裂或脱落等现象。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
扫描电子显微镜（SEM）分析
通过测试电路性能来检查器件是否正常工作，如电压、电流和电阻等参数的测量。
能谱分析（EDS）
利用SEM观察器件表面的微观结构，以确定是否存在缺陷或污染物。
通过EDS检测器件表面的化学成分，以确定是否存在金属污染或氧化等化学问题。

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
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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。
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常用檢測手段（1）
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常用檢測手段（2）
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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

《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
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…
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

IC工艺技术13集成电路可靠性PPT79页课件

硅片级可靠性（工艺可靠性）
产品可靠性取决于设计，工艺和封装相同设计规则，相同工艺和封装的不同产品应有相同的可靠性水平可靠性要从源头－设计抓起可靠性是内在质量，是靠‘做’出来的，不是靠‘测’出来的
可靠性设计
电路设计的可靠性考虑器件和版图结构设计的可靠性考虑工艺设计的可靠性考虑
可靠性设计－电路设计时的考虑
耗损失效期
在曲线的最后区域，失效速率急剧上升，意味着封装器件达到了预期寿命，诸如开裂和过度的应力不可能对该区域有重大影响，因为这些问题造成的失效应更早出现。引起该失效的最典型的原因是较慢锈蚀过程的累积效应。失效速率开始快速上升的时间应该超过系统的预期寿命，以保证消费者的质量要求。
（三）硅片级可靠性设计和测试
可靠性试试验 (1)
可靠性评价不可能等待器件自然失效后再进行测试和分析，而是通过一系列模拟环境和加速试验，使器件在较短的时间内失效，然后再进行失效机理的分析。加速因子包括潮气、温度、一般的环境应力和剩余应力等。设计合理的加速试验，可以达到检测器件可靠性的目的。选择合适的样本数也是可靠性试验的关键参数之一，因为样本数少了，不能真实反映器件的可靠性，样本数太大的话，又会造成资源的浪费，需用数理统计方法，合理选择样本数。
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MTTF (Years) 125oC 60% UCL
243
MTTF (Years) 90oC 60% UCL
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温度循环（T/C）
条件： 500 cycles, -65℃ to +150℃ at a ramp rate of 25℃/min and with 20 min dwell at each temperature extreme 目的：模拟环境温度变化,考核温度交替变化对产品机械/电性能的影响，暴露粘片/键合/塑封等封装工艺/材料缺陷，及金属化/钝化等圆片工艺问题失效机理：不同材料间热膨胀系数差异造成界面热匹配问题，造成金线断裂、键合脱落致使开路，塑封开裂使密封性失效、界面分层使热阻增大、钝化层开裂、硅铝接触开路、芯片开裂

FA失效模式分析PPT课件全篇

2024/10/10
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10/10/2024 10/10/2024
9.0 FA工程师因该具备的能力
1. 要懂基础的物理科学，对物理对电路都要有
一定的基础，否则无法解释一些本质现象，
思路也不宽。
2. 要熟悉产品封装工艺，这个是失效分析的基
础，不然没法给结论。
2024/10/10
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10/10/2024
28
7.0 注意事项
失效样品有时是唯一的，十分宝贵。在分析时应严格按程序进行。样品的保管、运输、拆装、分解等过程要注意ESD\EOS\机械应力\温湿度环境不当损伤样品，造成新的失效，从而无法找到原来失效的真正原因。
2024/10/10
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10/10/2024
8.0 操作流程&制度
参见附件1、附件2、附件4
即失效\故障\损坏\失败分析
2024/10/10
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10/10/2024
1.0 基本概念
1.2 什么是“失效模式” ? --- 失效模式是指由失效机理所引起的可观察到的物理或化学变化（如开路、短路或器件参数的变化）。
通俗讲就是失效的表现形式。失效模式通常从技术角度可按失效机制、失效零件类型、引起失效的工艺环节等分类。从质量管理和可靠性工程角度可按产品使用过程分类。
3.2 质量管理闭环系统中的重要环节。
无论是”PDCA”循环还是”6σ”理念中”DMAIC” 管理模型，缺少失效分析就不能形成闭环系统。
2024/10/10
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10/10/2024
根据改善效果建立
标准
3.0 意义和价值
分析原因并提出改善措施，制定改善计划
存在的问题进行失效分析

半导体器件可靠性物理(课堂PPT)

突破性的工作很难出现，产品的性能都大体相当
提高竞争力和市场占有率，要求产品
稳定－成品率高
耐用－寿命长
因此，可靠性工作得到重视。几乎所有的半导体生产厂都有可靠性研发部门。
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绪论
半导体可靠性物理学
研究领域、研究任务
半导体可靠性物理学
产生过程及其重要性
半导体可靠性物理学
课程的重点
绪论
是什么？干什么？为什么学？学什么？
与半导体物理学的区别
t=0 半导体物理学
研究范围
半导体可靠性物理学
半导体物理学
半导体可靠性物理学
12
绪论
半导体可靠性物理学的主要分支
半导体器件的可靠性
研究领域和任务
器件可靠性指产品的寿命特点、使用维修情况、完成任务的能力大小，是产品质量的重要指标之一。
器件可靠性问题也是产品质量问题
13
绪论
半导体器件可靠性问题
起小电流增益减少等。
• 使用问题引起的损坏：静电损伤、电浪涌损伤、机械损伤，过高温度引起的破
坏、干扰信号引起的故障、焊剂腐蚀管腿等。
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器件失效分析的作用
绪论
工艺和设计的纠正措施
原材料
工艺质量控制
失效分析
可靠性试验
工艺范
生产工序工艺筛选
产品筛选
使用和设计的纠正措施
机器装调和运行
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绪论
随着集成度的提高
• 失效因素增加－氧化层击穿、器件特性退化、电迁移、
ESD、NBTI等等
• 总体失效的可能性增大－很难同时保证成千上万个器
件都不失效
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绪论
半导体可靠性物理学
产生过程