电子元器件失效性分析报告文案

电子元器件失效分析技术

第一讲失效物理的概念

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

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

E

dM

Ae−kT

dt

T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

M

t −M

Ae−

E

kT(

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 dt Ae−

E

kT

dv

dt

F

m

M

t −M

Ae−

E

kT(

t

−t

)

mv t−mv0F(

t

−

t0)

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 E

Ln L2

L

ln ln L

L1

A exp(

B

B

E

kT

E

kT

E

kT

)

1

Ln L1

B

ln L

2 B

E

kT

2

1/T1 1/T2

预计平均寿命的方法2 求加速系数F

E

exp(L A E exp( )

L 2 A 2 kT )

kT2

E

L A exp( )

1 E kT1

L A exp( L)

1 F

2 exp(E

(1−1))

kT

L 1 1 k T

T21

F L2

L1exp(

E

k

(

1

T2

−1))

T1

设定高温为T1,低温为T2,可求出F

预计平均寿命的方法

由高温寿命L1推算常温寿命L2

F=L2/L1

对指数分布

L1=MTTF=1/λ

λ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

法则

内容：从室温算起，温度每升高10度，寿命减半。

应用举例：推算铝电解电容寿命

105C，寿命寿 1000h（标称值）

55C, 寿命1000X2E5=32000h

35C，寿命1000X2E7=128000h

=128000/365/24=14.81年

小结

失效物理的定义：研究电子元器件失效机理的学科

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

第二讲阻容元件失效机理

电容器的失效机理

电解电容

钽电容

陶瓷电容

薄膜电容

电解电容的概况

重要性：多用于电源滤波，一旦短路，后果严重

优点：电容量大，价格低

缺点：寿命短，漏电流大，易燃

延长寿命的方法：降温使用，选用标称温度高的产品