电子元器件失效分析
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。
电子元器件QFN焊点失效分析和改进措施
电子元器件QFN焊点失效分析和改进措施摘要QFN器件性能卓越，在电子电路中为核心器件，则其焊点可靠性直接关系到整个产品的性能。
本文重点分析了QFN器件的焊点失效模式及其原因，并在设计和工艺上提出了改善措施。
关键词来料不良；设计缺陷；焊点开裂；空洞；QFN全称为Quad Flat No-leads Package,该封装元器件具有体积小、重量轻、优越的电性能及散热性能等优点，在电子行业军民用领域中均得到广泛应用。
由于QFN器件引脚众多，一旦某个引脚焊点失效，将直接影响整个电路的性能，因此对QFN器件焊点失效分析和改进措施研究显得尤为重要。
1 QFN器件简述一般QFN有正方形外形和矩形两种常见外形。
电极触点中心距常见的有1.27mm、0.65mm、0.5mm。
QFN器件是一种无引脚封装，它有利于降低引脚间的自感应系数，其封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连接的导电引脚。
QFN引脚也称为可焊端，按可焊端分类可分为两种：连续性可焊端和非连续性可焊端。
连续性可焊端的QFN，底部引脚与侧面引脚均进行了镀锡处理。
非连续性可焊端的QFN，底部引脚镀锡处理但是侧面引脚未进行镀锡处理，底部焊脚为主要焊接面，侧边焊点主要起到辅助加固及方便目视检查的作用。
非连续性可焊端的QFN器件制造过程为：成品圆片→划片→装片→焊线→塑封固体→电镀→贴膜→切割→去膜本体分离→测试印字编带→包装标签入库。
IPC标准中要求QFN底部焊盘焊锡浸润良好，无短路空洞现象，对侧面焊点爬锡高度没有明确要求，但在军用产品和适用IPC三级标准产品里面，无论哪种QFN器件，不仅要求底部焊盘焊点浸润良好，无短路空洞现象，对侧面引脚焊锡应满足100%爬锡，只有这样才能让产品获得高稳定高可靠的电气性能和机械性能。
2 QFN器件焊点失效分析影响QFN器件焊点失效现象大致归类可分为：器件本身失效、焊点开裂、焊点空洞、锡少、引脚短路、引脚不上锡。
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
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。
失效电子元器件分析方法
分析Technology AnalysisI G I T C W 技术120DIGITCW2021.011 电子元器件失效一件电子成品的失效是指产品丧失规定的功能指标，不能满足规范要求，其中90%以上是可以通过更换元器件修复的，而元器件的失效往往是不可修复的。
因此，要控制成品设备的可靠性，就需要对元器件的失效规律进行研究分析，控制好元器件的失效率就能提高产品的可靠性。
影响一个元器件失效的因素多种多样，不同的元器件在同一应力环境失效的模式和机理都有可能不同，同一种元器件在不同的应力环境的失效状态也会不同。
因此，我们在分析元器件失效时要统计出元器件的材料、质量等级、静电等级、失效模式、失效机理以及应力阶段、加电时长等。
2 名词解释（1）失效：产品丧失规定功能指标不能满足规范要求。
（2）失效模式：失效的外在直观表现形式和过程规律，主要包括漏电、短路、开路、参数漂移及功能失效。
（3）失效机理：电子元器件本身化学、物理变化，这种变化一般是机械、腐蚀、过电引起。
（4）失效原因：引起器件失效的外在因素，电子元器件在材料、制造、设计、使用中引起的直接失效原因。
（5）失效分析：是找到产品的失效模式，根据失效模式找出产品失效机理以及失效原因，制定对策防止产品再次失效的活动。
3 失效分析步骤造成元器件失效的因素很多，必须收集器件失效的多方面要素加以比对分析才能找到失效根因，主要分析过程按图1执行。
图1 元器件失效分析过程3.1 统计失效元器件的关键要素损坏元器件的关键要素主要有器件类别、质量等级、静电等级、失效模式、失效机理、失效阶段等。
3.1.1 电子元器件主要类别失效电子元器件分析方法张光强（中电集团第十研究所，四川 成都 610036）摘要：介绍了一种电子元器件失效分析方法，给出了失效器件失效的统计要素，并对失效要素进行分析、研究失效模式与失效机理，找出失效原因，找到生产过程中的薄弱环节，制定相应措施，及时有效预防器件的再次失效，提高电子元器件的使用可靠性，进而提高整机可靠性，以较小的质量成本获取较高的经济效益，避免产品出现重复性问题，最终达到控制质量成本的目的。
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。
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类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.确信其最终的失效缘故，提出改良设计和制造工艺的建议。
避免失效的重复显现，提高元器件靠得住性。
失效分折是产品靠得住性工程的一个重要组成部份，失效分析普遍应用于确信研制生产进程中产生问题的缘故，辨别测试进程中与靠得住性相关的失效，确认利用进程中的现场失效机理。
在电子元器件的研制时期。
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，测试和试历时期，失效分析可找出电子元器件的失效缘故和引发电子元件失效的责任方。
依照失效分析结果。
元器件生产厂改良器件的设计和生产工艺。
元器件利用方改良电路板设汁。
改良元器件和整机的测试，实验条件及程序，乃至以此改换不合格的元器件供货商。
因此，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利用都有重要的意义.如图所列。
元器件的失效可能发生在其生命周期的各个时期.发生在产品研制时期，生产时期到利用时期的各个环节，通过分析工艺废次品，初期失效，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，最终找出失效缘故，因此元器件的利用方在元器件的选择、整机打算等方面，元器件生产方在产品的靠得住性方案设计进程，都必需参考失效分折的结果。
通过失效分折，可辨别失效模式，弄清失效机理，提出改良方法，并反馈到利用、生产中，将提高元器件和设备的靠得住性。
2.失效分析的大体内容对电子元器件失效机理，缘故的诊断进程叫失效分析。
进行失效分析往往需要进行电测量并采纳先进的物理、冶金及化学的分析手腕。
失效分析的任务是确信失效模式和失效机理.提出纠正方法，避免这种失效模式和失效机理的重复显现。
因此，失效分析的要紧内容包括：明确分析对象。
确信失效模式，判定失效缘故，研究失效机理，提出预防方法（包括设计改良)。
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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1 T2
电子元器件失效数据
1、样品名称：控制电路背景：该芯片用于柜机室内电控盒组件上。
生产线上检测的过程中，正版功能测试出现异常。
故障集成电路程序教研室发生程序错乱。
失效模式：功能失效失效原因：过压和闩锁分析结论：过压或电压脉冲引起端口网络击穿和端口网络局部闩锁失效。
分析说明：样品端口游记不大电流过热的现象，但未见端口网络局部熔融，原因是失效样品端口有过电压或电压脉冲，引起端口网络击穿；电压脉冲也因其另一端口网络产生局部闩锁效应而产生大电流，从而导致金丝键合引线过热，芯片金属化过热和层间金属化短路的现象。
2、通信接口集成电路背景：该电路作为信号通信接口，整机板有多只该型号样品，失效样品在班上具有特定的位置特征。
是小样品在整机工艺线上的检测时发现信号通信异常。
失效模式：功能失效失效原因：闩锁分析结论：闩锁效应引起的过电流烧毁失效。
分析说明：失效样品封装塑料鼓起、破裂，并有焦黄的现象，说明是小样品曾经经过够电流而产生局部高温的过程；开封后可观察到芯片的大多数金丝、电源及多数段楼有大面积金属过热、烧焦或熔融现象，证明失效样品芯片时由于大电流导致过热烧毁。
3、频谱分析电路背景;在温度循环试验中，多个频谱分析电路出现问题，是小钱累计工作时间120min。
测量中使用了两个测控台，两个测控台不共地。
在连续发生频谱分析电路失效后，后续的温度循环试验中，两个测控台采用了共地措施，并且将温度循环箱的接线口处进行了密封，清除了温箱内的结霜现象；采取这些措施以后，在进行温循环是没有再发生频谱分析电路的失效现象。
失效模式：参数异常失效原因：静电和过电损伤分析结论：失效是由静电击穿和电烧毁引起。
分析说明：测试证实了样品的失效模式，并排除水汽影响：是小样品均发现芯片上存在着不同程度的击穿和烧毁。
失效部位主要集中在芯片中靠近Pad位置的防静电输入保护网部分，1只样品芯片上的PLN9端是该FPCA的I/O端口。
多数为静电击穿。
4、单片机电路背景：高速CMOS单片机电路装机前已进行过筛选。
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。
电子元器件失效分析技术及方法
电子元器件失效分析技术及方法摘要：经过长期坚持不懈的努力，国内环境大变样，这对电子行业而言无疑是利好消息。
随着电子行业的不断发展，电子元器件的升级换代速度越来越快，应用范围也越来越广。
在享受电子元器件带来便利的同时，也要客观看待它的失效现象。
电子元器件一旦失效，就会导致整个系统无法正常运行。
越早分析出原因，损失就越小。
因此，本文对电子元器件失效分析技术方法展开研究，以供广大电子人参考。
关键词：电子元器件；失效分析；技术方法前言市场经济的蓬勃发展为电子行业发展带来了生机与活力，同时也对电子元器件质量提出更高要求。
只有质量过硬，电子元器件才能一直发挥作用。
经过调查发现，电子元器件失效现象比较普遍，想要减少这种现象，需要做好失效分析工作。
这并不是一件容易的事，能否高质量完成，关键要看广大电子人是否完全掌握分析技术及方法。
很显然，目前还不满足要求。
本文从两个方面进行讨论，希望能给大家一些启示。
一、电子元器件失效分析的过程及原则（一）基本流程电子元器件失效的主要有三种类型，第一种是功能丧失，第二种是物理参数发生漂移，第三种是电学特性突然改变，是短路、开路等故障引起的。
不管是哪种情况，分析过程大致相同，即对失效样品的背景进行调查，检查外观的完整性，按要求测试电气特性，对失效模式进行验证，开封去层后开展破坏性物理分析工作，失效定位，从物理和化学两个角度去分析，确定失效机理，发现问题背后的原因，出具失效分析报告[1]。
（二）应遵循的原则不管做什么事，都要遵循一定原则，电子元器件失效分析也不例外。
原则一，先制定分析方案，再采取相应行动。
原则二，先对外观进行检查，再给电子元器件通电。
原则三，在加电测试中，电压要由弱变强。
原则四，先进性静态分析，再实时动态分析。
原则五，先进行宏观分析，再进行微观分析。
原则六，剖析问题时，要从简单到复杂。
原则七，先关注主要零件，再检查辅助零件。
原则八，无损检测在前，破损检查在后。
只有严格遵守八项基本原则，才能避免引入新的失效因素，从而让真正原因浮出水面。
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PCB-layout的规范
• 元件布局需要考虑的因数：
元件的物理特性 元件的空间分配 元件的电气特性 元件的装配需求 生产工艺的需求 直接影响产品的生产效率 测试需求 维修需求
直接影响产品的质量与可靠性
PCB-layout的规范
·封装： 1.使用统一的标准库。 2.新封装需按规格书新建，审核后入库。 3.有问题的封装，考虑贴片厂建议，修改审核后更新封装库。 ·元件摆放： 1.优先在同一面放贴片插件。其次双面贴，单面插件。严禁双面贴片，双面 插件。 2.插件之间保持一定的间距方便手工操作。 3.晶振与贴片元件间距1mm以上。 4.贴片件离板边至少2mm的间距，防止撞件。 5.共模电感等易坏元件与周边元件间距3mm以上，方便烙铁维修 6.背面焊盘面积加大20%。背面元件之间间距1mm以上。背面贴片与插件脚 间距5mm. 7.尽量做到同类封装元件方位一样. 8.相同功能的线路集中在一起并丝引方框。 9.所有元件编号的丝引方向相同
基板定位
坏板维修 拾取元件 元件定位 贴片机基本结构： 贴片 位 · 贴片头、真空拾/放元件 送板 元件供料
· 基板处理系统、传送基板、基板定
· 供料系统 · 元件对中系统
SMT回流焊接工艺
回流焊接技术要点：
·找出最佳的温度曲线 — 一个好的回流曲线应该是对所要焊 接的PCB板上的各种表面贴装元件都 能够达到良好的焊接，且焊点不仅具 有良好的外观品质而且有良好的内在 品质的温度曲线。
第2章 电子产品工艺过程
SMT的工艺生产线 锡膏印刷工艺
常用SMT组装工艺中的第一个，也是最难 控制的一个工艺程序
常用的组装方式
双面SMT+THT
PCB板生产 高速贴片 锡膏印刷 炉前目检 插件检测 焊接检验 来料检验 回流焊接 AOI检测 回流焊接 装夹具 手动焊接 自动上板 炉后目检 高速贴片 AOI检测 波峰焊接 ICT测试 锡膏印刷 自动翻版 泛用贴片 自动或手动插件 取夹具 功能测试
铜箔厚度
PCB板的可靠性设计
·0.0007英寸/0.01778mm ·0.0014英寸/0.03556mm ·0.0028英寸/0.07112mm
铜镀
铜镀主要用于成品印制板的最外层，主要目的是对印钻孔孔壁 电镀，电镀的平均厚度是0.0014英寸（0.0356mm范围从 0.0012～0.0014英寸（0.0304～0.0356mm）
品质与可制造性来自设计
优良的成品品质
良好的原理结构设计 —与工艺能力良好的配 合
优良的元器件品质
优良的工艺管制 —重复性、稳定性
良好的品质管理理念、全面的品质 管理知识、有效的品质管理系统和 制度
电子产品质量与可靠性工程来自于
• 通过优良的物料选型与高质量与可靠性的物料采购来保证构成产品的物料 的基本质量与可靠性 产品一旦选用了某物料，其质量、成本、可采购性基本上都已确定，后期物料 选型影响重大。确定物料的规格，识别不同厂家的物料优劣，认证物料厂家， 监控物料厂家的质量波动 • 通过正确合理的设计方法保证物料应用可靠性与产品综合性能可靠性 合理优良的产品原理、结构、各种性能指标设计及可制造性设计 可靠性设计指标： ①用有效的散热方法使稳升降到最低。 ②尽可能少使用高敏感性元件。 ③使用可靠度高或有质量保证的元件。 ④指定采用屏蔽性好或内嵌的测试方法。 ⑤用最少的元件设计出最简单的电路。 ⑥在元件级采用余技术。 • 优良合理的工艺设计，批量性，重复性，稳定性，可操作性设计
如何通过工艺设计提高电子产品的 质量与可靠性
目录
• • • • • 电子产品的工艺设计概述 电子产品的工艺过程 PCB布局、布线设计 影响SMT焊接质量的主要问题点 电子工艺技术平台建立
第一章 电子产品工艺设计概述
1.1 可制造性设计（DFM）概念 · 可靠性高的产品设计 · 可靠性高的元器件与零配件 · 优良的工艺设计与工艺技术 DFM: 主要研究产品本身的物理设计与制造系统各 部分之间的相互关系，并把制造系统用于产品设 计中以便将整个制造系统融合在一起进行总体优 化。
• 通孔
贯穿过孔最常用孔径大于10mil 埋孔/盲孔会大量采用 国内PCB厂较成熟的工艺：H/D＜8
Diameter＞0.25mm
PCB-layout的规范
片式元件的焊盘设计
1.焊盘长度为B=b1+T+b2;式中b1的取值范围为0.05～0.3mm，b2的取值范 围为0.25～1.3mm 2.焊盘间距G应适当小于元件两端焊头之间的距离，焊盘外侧距离D=L+2b2. 其中L是元件的长度，b1是内侧焊点，b2是外侧焊点。 注意：对于0603的片式元件为了防止焊接过程产生“立碑”等焊接缺陷， 使用矩形焊盘（又称为H形焊盘），在SMT中柱状无源元器件的焊盘图形 设计与焊接工艺密切相关，当采用贴片—波峰焊时，其焊盘图形可参照片状 元件的焊盘设计原则来设计；当采用再流焊时，为了防止柱状元器件的滚动， 焊盘上必须开一个缺口，以利于元器件的定位。 计算公式：焊盘间距A=L最大-2T最大-0.254 焊盘长度B=d最大+T最小+0.254 焊盘宽度C=d最大-0.254 焊盘长度轴中心孔长D=B-（2B+A-L最大）/2 焊盘长度轴中心孔宽E=0.2mm 其中L是元件长度，d是元件直径，T是元件两端电极的长度。
PCB-layout的规范
·小外形封装晶体管（SOT）焊盘的设计的：
焊盘间的中心距与器件引线间的中心距相等； 焊盘的图形与器件引线的焊接面相似，但在长度方向上应扩展0.3mm，在 宽度方向上应减少0.2mm；若是用于波峰焊，则长度方向及宽度方向均应扩 展0.3mm
第三章 PCB布局、布线设计
·基板设计 基准点、定位孔、标记 ·元件布局 元件大小、方向、间距、参数特性 ·通孔 ·可测试性 ·可生产性 基板设计从设备对基板的 处理开始考虑 ·自动传送带所需的留空宽度（＞5mm） ·基板在设备中的定位方式 ·定位孔的位置、形状和尺寸 目的：保证设计出的产品在自动处理过程中 不会有对质量和效率不利的现象
·其他
1.小板须拼板。 2.BGA及四面有管脚的IC在对角加光学定位点。
• 元件布局—拼板
PCB-layout的规范
1.提高生产制造效率 2.提高设备对小基板的处理能力 3.提高设备对异型板的处理能力
• 通孔通孔
通孔失效是影响产品寿命的主要因素之一，常见的有通孔镀层拐 角处断裂和基板制造时孔镀工艺控制不良，造成孔壁与内层断裂 良好的设计可解决大部分通孔失效
PCB-layout的规范
·元件摆放方向：
1.IC类等元件摆放方向应与波峰 焊接时板传送方向一致 2.焊接PCB板时产生的曲翘，对 不同布局方向的元件会产生不同的应力
·丝印：
1.IC有明显1PIN标识，保证元件焊上后不被覆盖。 2.插座的管脚间距≤2.0mm，加白油隔开。 3.加32.5*8.5mm流水号丝印框。
·温度曲线处于良好的受控状态
回流焊接温度曲线分为：预热区、恒 温区、升温区、焊接区、冷却区 预热区：时间100～240S，温度145度 恒温区：时间60～120S，温度175度 焊接区：时间60～90S，温度235～245度 最大升温斜率小于2.5度/秒 最大降温斜率小于2.5度/秒
波峰焊接工艺
波峰焊接工艺流程： 进板 助焊剂 预热 焊接 冷却/出板 波峰焊接的问题： ·元件需能承受瞬时热冲击（最高温超过240度） ·组装密度较低，细间距易出现连锡 ·SMD器件易出现阴影效应 ·QFP、BGA等器件不适合于波峰焊接 防止阴影效应的措施： 合适的焊盘尺寸；比回流焊盘长 合适的元件间距；大于器件高度
FDM设计的重要性
35 30 25 20 15 10 5 0 OK的DFM NG的DFM 装配费用 测试费用 维修费用 优良的DFM 缺陷性DFM
•
•
设计缺陷流到后工序，其解决费用会成百倍的增加，再好的工艺流程和设备 也弥补不了设计缺陷，众所周知，设计阶段决定了一个产品80%的制造成本， 同样，许多质量特性也是在设计时就固定下来，因此在设计过程中考虑制造 因素是很重要的。 DFM主要是研究产品本身的物理特征与制造系统各部分之间的相互关系，并 把它用于产品设计中，以便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，使之 更规范，以便降低成本，缩短生产时间，提高产品可制造性和工作效率。它 的核心是在不影响产品功能的前提下，从产品的初步规划到产品的投入生产 的整个设计过程进行参与，使之标准化、简单化，让设计利于生产及使用。 减少整个产品的制造成本（特别是元器件和加工工艺方面）。减化工艺流程， 选择高通过率的工艺，标准元器件，选择减少模具及工具的复杂性及其成本。 DFM可以降低产品的开发周期和成本，使之能更顺利地投入生产。
电子产品发展趋势
• 功能—越来越小 • 价格—越来越低 • 外形—越来越小
元件与尺寸越来越小！ 组装密度越来越高！ 制造对设计的依赖越来越强！
技术整合的必要性
产品的品质问题是多方面因素复合作 用的结果
立碑的成因： · 韩盘设计 -----焊盘长和宽 · SMD尺寸-----SMD尺寸 · 散热面积-----PCB散热不均匀 · 锡膏的使用-----锡膏印刷不良 · 锡膏的品质-----锡膏的品质 · 可焊性-----焊接面氧化 · 贴片精度-----贴片偏位 · 回流焊的温度设置-----回流曲线
锡膏涂布方法
印刷工艺
注射工艺
印刷工艺是主流，点胶不适合批量生产
锡膏印刷工艺
刮刀
锡膏
钢网
SMT点胶工艺
点胶工艺的用途
· 波峰焊的SMD器件 ·双面回流焊的大重量
点胶工艺对PCB的要求
·若PCB设计时不在点胶位置设置假 焊盘或走线，对standoff较大的元 件，可能造成掉件
SMT贴片工艺
基板送入
导线
导线需要规定的属性是宽度和厚度，导线载流量是 ·宽度为0.010英寸（0.0254mm）（厚度为1.5盎司）的外部导 线可承载1A ·宽度为0.040英寸（厚度为0.5盎司）的内部导线可承载1A