失效分析技术分享
失效分析方法
失效分析方法在工程领域中，失效分析是一个非常重要的工作，它能够帮助工程师们找出产品或系统的故障原因，并采取相应的措施进行修复和改进。
失效分析方法的选择和应用对于工程实践具有重要的指导作用，下面将介绍一些常用的失效分析方法。
首先，失效模式与效应分析（FMEA）是一种常用的失效分析方法。
它通过识别系统、产品或过程中可能出现的失效模式，评估这些失效模式对系统性能的影响程度，以及确定可能导致这些失效模式的原因，从而帮助工程师们制定有效的预防和纠正措施。
FMEA方法可以帮助工程师们在设计阶段就发现潜在的问题，并加以解决，从而提高产品的可靠性。
其次，故障树分析（FTA）也是一种常用的失效分析方法。
它通过构建故障树，分析系统中各种可能的故障事件之间的逻辑关系，找出可能导致系统失效的基本事件，从而帮助工程师们识别系统的薄弱环节，加强系统的可靠性设计。
故障树分析方法可以帮助工程师们从整体上把握系统的失效机理，有助于制定系统级的改进措施。
此外，故障模式与影响分析（FMECA）也是一种常用的失效分析方法。
它是在FMEA的基础上发展起来的，主要是通过对失效模式的严重性、频率和可探测性进行定量分析，从而帮助工程师们确定优先处理的失效模式，并制定相应的改进措施。
FMECA方法可以帮助工程师们更加精细地分析系统的失效特性，有助于提高系统的可靠性和可维护性。
最后，故障树分析（FTA）也是一种常用的失效分析方法。
它通过构建故障树，分析系统中各种可能的故障事件之间的逻辑关系，找出可能导致系统失效的基本事件，从而帮助工程师们识别系统的薄弱环节，加强系统的可靠性设计。
故障树分析方法可以帮助工程师们从整体上把握系统的失效机理，有助于制定系统级的改进措施。
综上所述，失效分析是工程领域中非常重要的工作，选择和应用合适的失效分析方法对于提高产品和系统的可靠性具有重要意义。
工程师们在实际工作中应根据具体情况选择合适的失效分析方法，并结合实际情况进行灵活应用，以确保失效分析工作的准确性和有效性。
失效分析技术(赛宝)
23
10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
• 缺陷
芯片粘接空洞
陶瓷基板与金属管 座粘接空洞
24
10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
• 内部结构
从侧视图发现焊球脱开
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY • 小结
快速、直观、无损 观察效果与被观测物对象的密度、厚度有关 小缺陷(裂纹、孔洞)比较困难 深度分析困难 无法观察器件内部界面分层
二、失效分析的作用-小结
14
10/19/2012
三、失效分析技术-失效分析原则
1）先非破坏性分析，后破坏性分析 2）分析过程中不能引入新的失效机理 3）先外部后内部
三、失效分析技术-失效分析程序
失效信息收集
外观检查
电测
故障模拟 失效模式确认 物理分析 X-RAY 扫描声学 应力试验
密封
开封/制样
内部气氛
10/19/2012
三、失效分析技术-电测
电测工具： LCR 网络分析仪 图示仪 高阻仪 „
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
工作原理 X 射线检测是根据样品不同部位对X射 线吸收率和透射率的不同，利用X射线 通过样品各部位衰减后的射线强度检 测样品内部缺陷的一种方法。 透过材料的X 射线强度I（x）随材料的 X 射线吸收系数u和厚度x作指数衰减： I （ x ）＝Io exp ( － u x)
21
10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
X 射线衰减的程度与样品的品种、厚度、密度有关。
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
失效分析方法
失效分析方法失效分析是一种通过分析和检测产品或系统失效原因的方法，它可以帮助我们找出产品或系统存在的问题，并采取相应的措施来改进和解决这些问题。
在工程领域，失效分析方法被广泛应用于各种产品和系统的设计、制造和运行过程中。
本文将介绍几种常见的失效分析方法，以及它们在工程实践中的应用。
首先，我们来介绍一种常见的失效分析方法——故障树分析。
故障树分析是一种用于分析系统失效原因的定性方法，它通过构建故障树来描述系统的失效逻辑关系，从而找出系统失效的根本原因。
在进行故障树分析时，我们首先需要确定系统的顶事件，然后通过逻辑门的组合来描述系统各个部件之间的关系，最终找出导致系统失效的基本事件。
故障树分析方法可以帮助工程师全面地了解系统的失效原因，并提出相应的改进措施。
其次，我们介绍另一种常见的失效分析方法——故障模式和效应分析。
故障模式和效应分析是一种用于分析产品或系统失效模式和效应的定性方法，它通过识别产品或系统的各种失效模式，并分析这些失效模式对系统性能和安全性的影响，从而找出系统存在的问题。
在进行故障模式和效应分析时，我们需要对系统进行全面的分析，识别系统的各种失效模式，并评估这些失效模式可能对系统造成的影响，最终找出系统的薄弱环节，并提出改进建议。
此外，我们还介绍一种常见的失效分析方法——故障树分析。
故障树分析是一种用于分析系统失效原因的定性方法，它通过构建故障树来描述系统的失效逻辑关系，从而找出系统失效的根本原因。
在进行故障树分析时，我们首先需要确定系统的顶事件，然后通过逻辑门的组合来描述系统各个部件之间的关系，最终找出导致系统失效的基本事件。
故障树分析方法可以帮助工程师全面地了解系统的失效原因，并提出相应的改进措施。
综上所述，失效分析方法在工程实践中具有重要的意义，它可以帮助工程师全面地了解产品或系统存在的问题，并提出相应的改进措施。
通过合理地运用失效分析方法，我们可以提高产品或系统的可靠性和安全性，从而更好地满足用户的需求。
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。
失效分析技术
Thank you ！
安姆特检测
PCB/PCBA：起泡、分层、变色，板面氧化腐蚀、开 路/短路、表面污染、漏电，开裂、气孔、电迁移、腐 蚀、桥连等
确认产品失效比例：整批失效or偶然失效
失效现象
例：微电路故障(失效)机理和模式
失效机理 失效模式 表面污染 性能降低 电路连接失败 焊接点破损 电路断开 性能降低
加速因子
空气湿度/ 温度
常见产品失效测试仪器
外观检查 无损分析 电测 开封&制样
光学显微镜、金相显微镜、扫描显微镜 X射线透视仪、扫描声学显微镜、检露仪
探针台、示波器、图示仪、LCR测试仪
开封机、腐蚀机、切割机、研磨机、镶嵌机 SEM、EDS（能谱分析）、透射电子显微镜 俄歇电子能谱仪、二次粒子质谱仪 显微红外热像仪、红外显微镜等
失效分析的原则
先无损再有损
常规的无损检测手段有：X射线透视检查、超声波无损检测、 磁粉探伤等
先电性后物性
常用的电性能检测仪器有：示波器、图示仪、LCR测试仪 （电感、电容、电阻参数测量仪）等
先整体后局部
如断裂失效分析：先对宏观断口进行观察，找到断裂源， 再局部放大，以区分断裂类型
在生产，测试和使用阶段，失效分析可以找出产品失效原 因和引起产品失效好责任方，并依据结果提出改性方法。
产品失效分析流程
失效
现象 X射线透视 无损检查 超声检查 截面抛切 有损检查 开封 去层
失效机理
FA部门 失效原因流程
失效种类
本质失效：在正常使用条件下，由产品自身固有 的原因引起的故障。
结果评估方法—光泽度
◆光泽度：样品的光泽相对于标准板的程度
常用的角度：20°、60°和85°
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。
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。
电子元器件失效分析技术
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，电子元器件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。
开展电子元器件失效分析，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。
失效分析技术
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（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
温度应力－时间模型
dM dt = Ae
E kT
电子元器件失效分析技术
信息产业部电子五所 可靠性分析中心 费庆宇
基本概念和失效分析技术
第一部分
失效的概念
失效定义 1 特性剧烈或缓慢变化 2 不能正常工作 3 不能自愈 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
时间
以失效分析为目的的电测技术
电测在失效分析中的作用 重现失效现象，确定失效模式，缩小故 障隔离区，确定失效定位的激励条件， 为进行信号寻迹法失效定位创造条件 电测的种类和相关性 连接性失效、电参数失效和功能失效
电子元器件失效分析的简单实 用测试技术（一）
连接性测试：万用表测量各管脚对地端/电源端 /另一管脚的电阻，可发现开路、短路和特性退 化的管脚。电阻显著增大或减小说明有金属化 开路或漏电部位。 待机(stand by)电流测试:所有输入端接地（或电 源），所有输出端开路，测电源端对地端的电 流。待机(stand by)电流显著增大说明有漏电失 效部位。待机(stand by)电流显著减小说明有开 路失效部位。
彩电图像模糊的失效分析
烘焙和清洗技术的应用举例
双极型器件的反向靠背椅特性是钝化层 可动离子沾污的结果，可用高温反偏和 高温储存来证实。
失效分析的发展方向
失效定位成为关键技术 非破坏 非接触 高空间分辨率 高灵敏度
失效分析技术简介
失效分析技术简介失效分析是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通个元器件上重复出现，提高元器件的可靠性。
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。
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。
电子产品失效分析技术
电子产品失效分析技术电子产品失效分析技术是一种利用各种工具和方法来分析电子产品失效原因的技术。
通过深入分析，可以找出导致电子产品失效的根本原因，从而提供相应的解决方案。
本文将探讨几种常用的电子产品失效分析技术，并介绍它们的应用。
1.故障分析技术故障分析技术是电子产品失效分析的首要步骤。
通过对故障现象的观察和警告，可以快速确定故障的位置和范围。
常用的故障分析技术包括故障树分析、故障模式与效应分析等。
故障树分析是一种定性和定量分析技术，通过将故障细分为不同的事件，确定原因和结果之间的关系。
而故障模式与效应分析则是一种系统性的方法，用于识别和描述设备故障的模式和效果。
2.高压断电测试技术高压断电测试技术是通过施加高电压直流或交流电源，检测电子产品在高压环境下是否会出现故障。
这种测试技术可以检测电子产品的耐击穿能力、绝缘性能等，并找出故障位置，以便采取相应的措施。
该技术可以通过专业的高压测试仪器进行操作，测试结果准确可靠。
3.热失效测试技术热失效测试技术是通过对电子产品进行极端温度环境下的测试，来模拟产品在不同温度条件下可能出现的故障。
这种测试技术可以检测电路元件的可靠性、传导性能、包装材料的稳定性等，并找出故障原因。
热失效测试可以通过温度循环测试、高温老化测试等方式进行。
4.振动测试技术振动测试技术主要用于测试电子产品在振动环境下的可靠性和稳定性。
通过对电子产品施加不同频率和幅度的振动，可以模拟产品在运输、使用等过程中可能遇到的振动环境。
振动测试可以采用振动试验台等专业仪器进行，根据测试结果，可以找出振动造成的故障和破坏，进而进行修复和改进。
5.发光分析技术发光分析技术是一种通过观测材料在发光状态下的性能来分析故障的技术。
通过在电子产品中加入荧光材料或荧光探针，并利用荧光显微镜等设备进行观察和分析，可以发现材料中的缺陷、氧化、裂纹等问题。
发光分析技术可以对各种材料进行分析，例如常见的半导体材料、塑料材料等。
失效分析技术基本知识和应用
2.3 韧性断裂的宏观与微观特征
▪ 2.3.1 韧性断裂的宏观特征 ▪ 零件所承受的载荷类型不同断口特征会有所差
异,但基本的断裂特征是相似的。以拉伸载荷 造成的韧性断裂为例,其断裂的宏观特征主要 有: ▪ (1)断口附件有明显宏观塑性变形。 ▪ (2)断口外形呈杯锥状。杯底垂直于主应力,锥 面平行于最大切应力,与主应力成45°角;或断 口平行于最大切应力,与主应力成45°的剪切 断口。 ▪ (3)断口表面呈纤维状,其颜色呈暗灰色。
▪ ③剖面观察
▪
截取剖面要求有一定的方
向，通常是用与断口表面垂直的平
面来截取(截取时注意保护断口表
面不受任何损伤)，垂直于断口表
面有两种切法。
▪ ⅰ.平行裂纹扩展方向截取，则可研 究断
▪ ⅱ.垂直裂纹扩展方向截取，在一定 位置的断口削面上，可研究某一特 定位置的区域。
▪ ①断口的宏观观察
▪
指用肉眼、放大镜、低
倍串的光学显微镜(体视显微
镜) ，这是断口分析的第一步和
基础。
▪ 通过宏观观察收集了断口上的宏观信息， 则可初步确定断裂的性质(脆性断裂、 韧性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂 等)，可以分析裂源的位置和裂纹扩展 方向，可以判断冶金质量和热处理质量 等。
▪ 观察时先用肉眼和低倍率放大镜 观察断口各区的概貌和相互关系， 然后选择细节、加大微细结构。 宏观观察时，尽可能拍照记录。
2.3.2 韧性断裂的微观特征
▪ 韧性断裂的微观特征主要是在断口上存在大量 的韧窝。不同加载方式造成的韧性断裂,其断 口上的韧窝形状是不同的。然而,只有通过电 镜(主要是扫描电镜)观察才能做出准确的判断。 需要指出的是:
失效分析的技巧
失效分析的技巧
1. 故障分析：了解故障的原因和影响，分析关键因素及其相互关系。
2. 树状分析：通过建立分析树来识别故障的原因和影响。
3. 统计分析：通过统计数据来确定故障发生的概率和模式。
4. 行为分析：通过分析系统的行为和运行模式来确定故障的原因。
5. 比较分析：将相似系统或过程的数据进行比较，以识别差异和潜在的故障原因。
6. 基准分析：通过比较系统的实际性能和设计目标来确定故障原因。
7. 标签分析：通过将故障现象与相关标志或标签进行关联来确定故障的原因。
8. 环境分析：通过对故障发生时的环境因素进行分析来确定故障的原因。
9. 趋势分析：通过对系统性能变化的趋势进行分析来确定故障的原因。
10. 故障模式分析：通过将故障模式与系统操作进行比对来确定故障的原因。
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。
半导体失效分析及案例分享2022-1-5
要非常熟悉你的分析仪器，不仅要玩转的很6，还要很了 解它的精度及性能；
要懂得利用可靠性试验来验证产品的某项性能；
Typical Case Sharing
死灯案例一
1、背景描述： ※Note: A客户反馈我司EMC3030产品做成灯具后，终端客户使用3个月出 现死灯现象，客户安装300个灯发现50个灯失效。
……………
失效信息的收集
How much 多少？ 耗费成本
What 是什么？ 事件主体
How 怎么样？ 如何达成
5W2H
Where 何处？ 何处进行
When 何时？ 起止时间
Why 为什么？ 原因目的
Who 谁？ 参与人员
01 What：客户客诉3030死灯 02 Why：需要确认3030失效的原因 03 Who：客户名称？ 04 When：什么时间？客户使用多久？ 05 Where：什么地方发现的？ 06 How：做什么试验发现的？ 07 How much：有多少不良？不良率？
失效模式是什么?
失效原因
失效机理是什么？
有哪些失效模式？
有哪些失效机理？
失效样品
如何理解失效模式
什么是失效模式？
Failure Modes：
➢ 是指由失效机理所引起的可观察到的物理或化学变化；
比如：开路、短路、漏电；参数变化；颜色变化；
通俗的讲就是失效的表现形式。
外观失效
✓缺损 ✓异物 ✓裂纹 ✓变色
息么
做
的
分析的依据
失效品
失效分析的开始
失效样品的确认
样品的准确性
01
各种材料失效分析方法汇总，值得收藏！
各种材料失效分析方法汇总，值得收藏！失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。
在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。
失效分析流程图1 失效分析流程各种材料失效分析检测方法1 、PCB/PCBA失效分析PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽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。
失效模式：爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。
常用手段•无损检测：外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM检测，红外热成像•表面元素分析：扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)显微红外分析(FTIR)俄歇电子能谱分析(AES)X射线光电子能谱分析(XPS)二次离子质谱分析(TOF-SIMS)•热分析：差示扫描量热法(DSC)热机械分析(TMA)热重分析(TGA)动态热机械分析(DMA)导热系数(稳态热流法、激光散射法)•电性能测试：击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移•破坏性能测试：染色及渗透检测2、电子元器件失效分析电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础，元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。
图3 电子元器件失效模式：开路，短路，漏电，功能失效，电参数漂移，非稳定失效等常用手段•电测：连接性测试电参数测试功能测试•无损检测：开封技术(机械开封、化学开封、激光开封)去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层)微区分析技术(FIB、CP)•制样技术：开封技术(机械开封、化学开封、激光开封)去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层)微区分析技术(FIB、CP)•显微形貌分析：光学显微分析技术扫描电子显微镜二次电子像技术•表面元素分析：扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)俄歇电子能谱分析(AES)X射线光电子能谱分析(XPS)二次离子质谱分析(SIMS)•无损分析技术：X射线透视技术三维透视技术反射式扫描声学显微技术(C-SAM)3、金属材料失效分析随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业、科技以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，因此金属材料的质量应更加值得关注。
第09章失效分析技术图形
第九章失效分析技术1．基本分析技术一．外观镜检此项检查的目的是记录失效样品的结构/标记/确认外观破损/污染/粘附物/缺陷以及封装材料/尺寸等。
出现的异常现象都是制造工艺缺陷。
操作失误/超应力损伤）的证据，也可能与失效有关。
在外观检查之前，不应对样品进行任何处理，以免丢失有价值的信息。
首先要将管壳上的标记全部记录下来，包括厂标（或厂名）/器件型号/生产日期/可靠性等级（G—七专品/J---军品）以及生产地区等。
用立体显微镜（放大倍率8-60倍）重点检查以下几方面：1．机械损伤。
重点检查管腿根部和密封缝。
2．密封质量。
管腿与玻璃的粘附情况/密封缝的质量完好性。
3．电镀层质量。
重点检查锈蚀情况。
4．污染或粘附物。
5．标记有无差错或有无重印标记的迹象。
6．管脚或引线的反常现象，确认标记是否正确。
7．热损伤或电气损伤。
对可疑部分必须进一步用金相显微镜和扫描电子显微镜进行分析。
全部重要信息，都应拍摄照片（最好是彩色照片）。
二．电性能分析技术电性能分析包括功能测试（功能和参数）和非功能测试（集成电路引出腿间电特性）。
功能测试的目的是简要地检查器件能否完成基本功能和完成功能的优劣；非功能测试可供分析失效器件与自身物理性能的关系。
一般产品说明书上给出的都是功能参数，如数字集成电路的输入端电流/高电平/低电平/开关时间等。
功能参数只是该器件工作状态的基本量度。
用功能参数分析失效电路，只能得出失效模式，但用用于确定失效部位和失效原因是困难的。
如果将非功能测试（既补充电测试）与功能测试密切结合起来互相取长补短/互相验证就能获得较好的效果。
（一）开封前的电特性测试和分析电特性测试项目包括产品说明书中规定的电参数。
根据失效分析需要，有时应进行测试条件的变化，如改变温度/电源电压/输入信号/负载等。
在不同的条件下测试有关电参数，并分析它们不合格的原因。
（二）非功能测试（补充电测试）非功能测试即管腿—管腿间的电测试，在失效分析中十分有用，它不仅测试简便，设备简单（晶体管特性曲线图示仪），而且具有非破坏性和通用性，它是确定集成电路失效部位和实效原因的有力工具。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分析技術分享張鑫2010/07样品制备主要步骤：1、打开封装2、去钝化层3、去除金属化层4、剖切面5、染色打开封装机械开封（磨，撬，加热等方法）主要针对金属封装的器件。
化学开封（磨，钻，发烟硝酸、发烟硫酸腐蚀法等）主要针对塑料封装的器件。
去除塑料封装机器(decapsulator)去钝化层技术1为什么要去除钝化层？2去除钝化层的方法：化学腐蚀（各向同性）等离子腐蚀PIE （各向同性）反应离子刻蚀RIE（各向异性）各向同性腐蚀和各向异性腐蚀金属介质去除金属化层技术用途：观察CMOS电路的氧化层针孔和Al－Si互溶引起的PN结穿钉现象，以及确定存储器的字线和位线对地短路或开路的失效定位配方：30％的硫酸或盐酸溶液，30～50℃，该配方不腐蚀氧化层和硅。
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显微形貌像技术仪仪仪仪真真真真样样样样理理真理分分分最最最最大大景景光光光光镜无开开360nm1200小扫扫扫扫光光镜高真真开开、去钝钝钝5nm50万最光学显微镜和扫描电子显微镜的比较光学照片与SEM照片对比基于测量电压效应的失效定位技术扫描电子显微镜的电压衬度像工作原理：电子束在处于工作状态下的被测芯片表面扫描，仪器的二次电子探头接收到的电子数量与芯片表面的电位分布有关。
从而得到包含器件中电极的电势信息的SEM图象（IFA Image－based Failure Analysis）。
判定内容：芯片的金属化层开路或短路失效。
•1、某芯片的电压衬度像•2、应用电压衬度像做失效分析实例现象描述：4096位MOS存储器在电测试时发现，从一条字线可以存取的64个存储单元出现故障，现只能存储“0”信号。
初步推断：译码电路失效，译码器与字线之间开路，0V或12V的电源线短路。
电压衬度像分析：照片中发现一处异常暗线，说明其电压为12V，而有关的译码器没有异常，说明字线与12V电源之间存在短路。
由二次电子像证实，在铝条字线与多晶硅电源线之间的绝缘层中有一个小孔。
芯片内部节点的波形测量空间分辨率低（1um 左右）简单方便，带宽高（100GHz ），无侵扰激光探针（EOS ）带宽低（30Mhz ）需高真空空间分辨率高，无侵扰电子束探针（EBT ）空间分辨率低带宽低，有侵扰简单方便机械探针缺点优点对比项目机械探针台EBT测试原理EBT在线检测的芯片照片有信号时的照片无信号时的照片局部放大图片有信号时的图象无信号时的图象EBT测试波形•参考信号•待测信号••斩波器•锁相放大器•示波器•监视器•二色镜•物镜•CCD•650nm 激光器•偏振分束镜•Pianzhen•照明系统•Si探测器•GaP 探头•待测电路EOS 激光测试系统基于测量电流效应的失效定位技术1、显微红外热像分析技术2、液晶热点检测技术3、光辐射显微分析技术（PEM）(Photo Emission Microscope)液晶热点检测的特点1、速度快，大概10分钟就能做一次分析。
2、空间分辨率（1um）和热分辨率（3uw）3、适用不良种类：确定芯片能耗分布，确定漏电通道，PN结内不规则的电流分布，CMOS电路闩锁区域等显微红外热像分析技术1、测试原理：芯片通电过程中会发热，由于芯片各部位电流强度不同，导致芯片表面温度不同，红外热像仪扫描整个芯片，可以获得芯片温度分布图。
输出图的颜色对应该点的温度。
2、仪器性能指标：热分辨率0.1℃,空间分辨率5um，测温范围30℃～550℃,最灵敏温度范围80℃～180℃。
3、显微红外热像仪的应用主要是功率器件和混合集成电路液晶热点检测技术1、什么是液晶：液晶是一种既具有液体的流动性，又具有晶体各向异性的物质。
它具有一个独特性质，当温度高于某一临界温度Tc时，就会变成各向同性。
2、液晶热点检测设备要求偏振显微镜（长工作距离）温控样品台（温度精度0.1 ℃）样品的电偏置（prober或packaged device）3、液晶热点检测的关键技术显微镜在正交偏振光下观察，提高图象对液晶相变的灵敏度应控制样品温度在临界温度上下反复变化，以便找到合适的工作点检测时若偏置电压偏高，图象会变模糊，可改用脉冲偏置电压以改善图象质量灵敏区温度各向同性各向异性临界温度•液晶工作点的选择光辐射显微分析（PEM）1、原理：•半导体许多缺陷类型在特定电应力下会产生漏电，并伴随电子跃迁而导致光辐射。
2、操作方法：•首先，在外部光源下对制品进行数码照相。
•然后对此局部加偏压（直流偏压或信号），并在不透光的暗箱中进行微光照相。
•最后两相片叠加。
3、适用范围：漏电结、接触尖峰、氧化缺陷、栅针孔、静电放电（ESD）损伤、闩锁效应（Latch up）、热载流子、饱和晶体管及开关管等4、缺点：有些光辐射是正常的器件，如饱和晶体管，正偏二极管等。
有些很明显的失效并不产生光辐射，如欧姆型短路等。
还有些缺陷虽产生辐射，但由于在器件的深层或被上层物质遮挡，无法探测。
5、优点：操作简单、方便，可以探测到半导体器件中的多种缺陷和机理引起的退化和失效，尤其在失效定位方面具有准确、直观和重复再现性。
无需制样，非破坏性，不需真空环境，可以方便的施加各种静态和动听过的电应力。
精度：几十PA/um2，定位精度为1微米。
另外还有光谱分析功能，通过对辐射点的特征光谱分析来确定辐射的性质和类型。
光辐射显微分析技术分析实例不良品光发射照片良品光发射照片电子元器件化学成份分析技术 1、重要性：器件失效主要原因是污染（颗粒污染和表面污染），确认污染源是实施改进措施的先决条件。
另外，界面之间原子互扩散也会引起特性退化和失效，也许要化学分析确认。
常用电子元器件化学成份分析技术红外光离子束电子束电子束辐射源2mm 0.30.3～～0.5um 15nm 10nm 空间分辨率分子元素元素//分子元素元素分析信息PPM PPM PPM～～PPT 0.10%0.10%灵敏度1～10mm 表面表面表面2nm 2nm 1～5um 分析深度傅立叶红外光谱（FTIR FTIR））二次离子质谱（SIMS SIMS））俄歇电子能谱（Auger Auger））X 射线能谱分析（EDAX EDAX））分析项目特性（Item)）结果EDAX）（EDAX硅胶内异物X射线能谱分析射线能谱分析（20k电子伏特二、电子元器件主要失效机理与相应的分析技术2.1、分立半导体器件和集成电路共有的失效部位、机理和分析技术2.2、超大规模集成电路（VLSI）的主要失效机理和分析技术2.1、分立半导体器件和集成电路共有的失效部位、机理和分析技术失效模式：开路、短路和点参数漂移失效部位和机理：过电应力（EOS）损伤、静电放电（ESD）损伤、封装失效、引线键合失效、金属－半导体接触退化、钠离子沾污、氧化层针孔和芯片粘接失效等2.1.1、过电应力（EOS）和静电放电（ESD）损伤的失效分析技术EOS：电源开关瞬间、交流电源的电压波动或接地不良、雷击等情况下，器件受到瞬间高电压或大电流冲击，此时瞬时功率远远超过器件的额定功率，此类损伤属于过电应力损伤。
EOS损伤现象：器件发生误动作、器件pn结或介质层漏电、甚至金属化互连线或内引线发热烧毁和开路等。
ESD：由于摩擦和感应作用，人和物体可能带有高压静电，带电体接触MOS器件、CMOS电路和双极器件、会引起介质层、pn 结的潜在或明显的损伤。
EOS和ESD的失效分析方法 比较失效器件和正常器件不同管脚对地端和对电源端的I-V特性打开封装对芯片进行镜检，寻找内引线、金属化互连线的熔断点、pn结缺陷、金属热电迁移的痕迹。
对正常样品进行过电应力和静电放电损伤的模拟试验，比较实效器件和模拟器件的电测结果和显微图象。
2.1.2、封装失效的分析技术封装泄漏或封入水汽，都会导致封装器件内部金属化层腐蚀和器件参数漂移或失效。
高温高湿试验（微小泄漏）或负压法测泄漏（大泄漏）。
气密性封装内水汽的质谱法或露点法测量。
2.1.3、引线键合失效的分析技术主要表现：金线与金属化铝布线的压焊点发生固相反应，形成紫斑（AuAl2）化合物，造成接触不良，或引线脱落。
另外还有ball neck open、wire touch等。
分析方法：Wire touch －－X－Ray透视ball neck open－－X－Ray透视、SEM 键合引线脱落－－SEM、X－Ray能谱（紫斑）2.1.4、金属－半导体接触退化 原因：器件工作时发热升温会导致金属－半导体原子相互扩散；水汽和杂质的侵蚀会导致金属－半导体界面的化学腐蚀作用。
分析方法：电测法经过一定的计算步骤可获得接触电阻的数值，再对比失效品与良品的数值即可判断接触退化的程度。
背面金相观察，寻找金属化层内表面被腐蚀的情况。
用带有离子溅射枪的俄歇能谱仪或二次离子质谱仪等表面分析仪器，可逐层观察金属－半导体相互扩散以至退化的证据，分辨率和灵敏度较高。
2.1.5、钠离子沾污现象：半导体表面反型或形成沟道、使器件表面状态及不稳定，导致电参数（反向漏电流、放大系数、击穿电压、阈值电压、暗电流）退化。
测量难点：钠离子来源广泛在二氧化硅中极易迁移钠离子浓度很小判定方法：做模拟试验，对器件高无反偏，使二氧化硅中的钠离子在电场作用下原理或靠近介质－半导体界面，改变pn结耗尽层宽度并引起反向漏电流的变化，此时测量电特性；然后重新高温贮存，钠离子会重新返回原处，再测量电特性；对比测试结果，如果特性能回复则可判定为钠离子沾污。
2.1.6、氧化层针孔失效原理：氧化层针孔使上面的金属和下面的半导体短路，造成电特性退化或失效。
非破坏性分析方法：液晶热点分析（分辨率高，灵敏度高）破坏性分析方法：腐蚀Al层，观察针孔（简单易行）。