失效分析技术(赛宝)

18
10/19/2012
三、失效分析技术-电测
三、失效分析技术-电测
• 应力试验
19
10/19/2012
三、失效分析技术-电测

应力试验
合格判据 样品编号 原始状态 酒精擦洗105℃烘烤18h 试验状态 双85（+85℃，85％RH）20小时 105℃烘烤48h R=2MΩ ±10％ R 5# 1MΩ 左右跳动 2.080，且稳定 1.5M左右开始跳动到合格范围 2.081MΩ ,且稳定 9# 9kΩ 左右跳动 2.037MΩ ，且稳定 0.4M左右开始跳动，且阻值 一直增加 2.037MΩ ，且稳定
• • • • •
三、失效分析技术-物理分析-扫描声学 工作原理
PIND
定位失效点
红外热像 SEM FIB
EMMI
SIMS/AES/XPS„
失效机理确认
编写报告
15
10/19/2012
三、失效分析技术-信息收集
信息包括： 基本信息和技术信息 基本信息： • 工 作原理、结构、材料、工艺，功能参数；
• 主 要和常见失效机理以及失效原因；
• 还 有，出于管理需要的信息，包括样品来源、型号、批次、编号、时 间 、地点等（很重要－报告中应反映－真实性和唯一性）。 技 术信息： 是 判断可能的失效机理、制订失效分析方案设计的重要依据。 特 定使用应用信息 整机故障现象 ﹑异常环境 ﹑在整机中的状态 ﹑应用电路、筛选应力、 失 效历史、失效比例、失效率及其随时间的变化等。 特 定生产工艺 1 ) 生 产工艺条件和方法 2 ) 特 种器件应先用好品开封了解和研究其结构特点
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
穿过样品的 X 射线轰击到 X 射线敏感板上 的磷涂层，并激发出光子，这些光子随后被 摄像机探测到，然后对该信号进行处理放大 ，由计算机进一步分析或成像。 处理后的灰度图像显示了被检查的物体密度 或材料厚度的差异。材料的内部结构和缺陷 对应于灰黑度不同的X射线影像图。
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
• 失效背景： 1）样品：贴片电阻 2）失效现象：不同位置的电阻在焊接后出 现了阻值增大且不稳定的现象
二、失效分析的作用－案例1－电阻 • X-RAY形貌
7
10/19/2012
二、失效分析的作用－案例1－电阻
• 金相切片
二、失效分析的作用 -案例1－电阻
• 金相切片
面电极印刷缺陷
8
10/19/2012
三、失效分析技术-信息收集
16
10/19/2012
三、失效分析技术-外观检查
失效样品 标准规范 有关标准和规范 主要内容 多余物沾污与附着 机械损伤 外观 玻璃绝缘子破裂 外壳腐蚀 电损伤或电弧残迹
涂 层 (镀 层 )剥 落 ， 变 色
与失效可能的关系 极间漏电，功能失效 泄漏或内装部件损坏 泄漏或内部短断路 泄漏 内部电损伤、高压 高温，极间漏电 机械力、内部电烧
25
10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-扫描声学
超声波基础
• 超声波指的是频率高于20KHz的 声波，超过10MHz的超声波不能 穿透空气。（检测中应用的超 声波频率通常超过10MHz。） 扫描声学显微中利用到的主要 优点： 能在液体或固体材料中自由传 输； 声波会在材料界面，内部缺陷 或材料变化的地方发生反射； 能够聚焦，能够沿直线传输； 对材料非破坏性。
CA
筛选
5
10/19/2012
二、失效分析的作用

找出产品失效的原因，提高产品的可靠性
Ⅰ：早期失效 Ⅱ：偶然失效 Ⅲ：耗损失效
二、失效分析的作用－案例1－电阻
案例 1 确认产品的缺陷－早期失效
保 护 层
调 陶 瓷 基 板 电 端 点 阻 层 整 槽
6
10/19/2012
二、失效分析的作用－案例1－电阻
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
来自百度文库
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
22
10/19/2012
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
技术指标
空间分辨率：亚微米量级； 图像的放大倍数：～104； 被检测物体的尺寸：数百毫米； 被测物体水平旋转：3600 ， Z方向调整：±450的。
三、失效分析技术-物理分析-X-RAY
用途
X 射线透视仪一般用于检测电子元器件及多层印 刷电路板的内部结构 –内引线开路或短路 –粘接缺陷 –封装裂纹、空洞 –桥连、立碑及器件漏装 –焊点缺陷（PCB） – ……
一、初识失效分析
常见概念的关系
FA
DPA
事后分析，确认失效模式，分析失效机理，确定失效原因。无标准 事先预防，符合性检查，通常是对合格的元器件按生产批次进行抽样 分析，检查是否存在可能会造成在正常使用中而发生失效的缺陷。两 者共同把关，促使电子元器件提高质量。 有标准。
新型元器件或在特定的使用条件下没有使用经历的元器件，包含信息更多，为 以后的验证和分析建立一个结构基础，对元器件结构设计进行评估，可用于供 应商和元器件的选择，评估新技术和定制元器件的结构、质量与可靠性。 主要是剔除早期失效，通过筛选的合格产品是达到一定可靠性水平的器件，可 以装机使用。是非破坏性的，通常是100% 进行的 ，依据筛选大纲进行一次筛 选是出厂检验，二筛是用户上机前进行的筛选，一方面可验证元器件的质量水 平，另一方面使用方可根据自己的需要进行一定的补充筛选使元器件能满足自 己的特殊需要。 筛选程序分为非应力筛选和应力筛选，非应力筛选有目检、X射线检查、声学 显微镜检查和电测试，应力筛选通常有温度循环、高温贮存和老练
破裂、变形
三、失效分析技术-外观检查
引 脚交叉 外 壳弧形变形 漏液
17
10/19/2012
三、失效分析技术-外观检查
外观分析工具： 目检 体视显微镜 金相显微镜 „
三、失效分析技术-电测
目的：确认失效模式和失效管脚定位 方法：与同批次好品同时进行测试和试验 注意：电测试可能扩大原来的失效而掩盖原来的失效特 征，以及引入新的失效。应结合失效模式和电测的本 质设计测试项目和流程。
一、初识失效分析
网络新闻图片
网络新闻图片
1986 年1 月28 日 73 秒 7 名人员 12 亿美元
挑战者号1986 年1 月28 日执行第十次任务时，于升空过程中突然爆炸
2
10/19/2012
一、初识失效分析
• 美国总统里根下令成立一个13人组成的总统 调查委员会,调查航天飞机失事的原因。在 经过 4个月的调查后,调查委员会向总统提出 长达 256页的调查报告。
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器

失效机理：
失效样品内电极之间的介质中存在大量大小不等的空洞，特 别是个别大空洞超过相邻介质厚度一半，大空洞还与多个小 空洞互连，减少了局部相邻介质的有效厚度，甚至直接形成 贯穿性通道，使介质绝缘性能降低，极易导致局部漏电。

结论 ：
失效样品内部介质存在空洞，引起绝缘电阻不稳定，导致 样品因漏电而失效。--机理清楚
一、初识失效分析
• 失效--丧失功能或降低到不能满足规定的要求。 –按失效的持续性分类：致命性失效、间歇失效、缓慢退 化 –按失效时间分类：早期失效、随机失效、磨损失效 –按电测结果分类：开路、短路或漏电、参数漂移、功能 失效„ –按失效原因分类：过电失效、机械失效、热失效„ • 缺陷—外形、装配、功能或工艺不符合规定的要求
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)
一 、初识失效分析
• 直接原因（技术原因）：右部火箭发动机上 的两个零件联接处出现了问题，具体的讲就 是旨在防止喷气燃料事时的热气从联接处泄 露的密封圈遭到了破坏，这是导致航天飞机 失事的直接技术原因。 • 管理和决策的原因
3
10/19/2012
一、初识失效分析
• 失效分析就是针对已经失效的事件开展原 因分析的过程 • 失效分析：电子行业的“医生”
（脉宽调制器的8脚，正常 4.8V，失效时2. 4V，拆卸和重装后都故障有复 现）－－定位准确
11
10/19/2012
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
绝缘电阻测试不稳定，在104至1010跳动 －－问题重现
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
12
10/19/2012
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
13
10/19/2012
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
• 体会 1）必须有高度重视的态度；
军工产品事无巨细，都必须重视
2）必须具体严谨的态度
对于失效样品不应该直接在其额定电压 50V 进行绝缘电阻测试 ； 仅用酒精清洗方法来排除外部粘污影响的理由是不充分的 ； 结论的得出没有相应试验的支撑 。
二、失效分析的作用 -归零－陶瓷电容器
国防工程中 “双 5 归零”可以看到失效分析的重要作用 技术归零5项 定位准确 机理清楚 问题重现 措施有效 举一反三
管理归零5项 过程清楚 责任明确 措施落实 严肃处理 完善规章
二、失效分析的作用-归零－陶瓷电容器
型号： CT41L －1206－2C1－50V－104K 使用情况： 收发信机、同批次1518只、1只使用 失效情况： 整机调试阶段、360小时、常温失效 失效模式：绝缘电阻不稳定
三、失效分析技术-电测
Element CK
Wt % 26.45
At % 39.10
OK
FK NaK
10.04
49.69 00.83
11.14
46.44 00.64
AlK
SiK PbM
01.23
00.54 05.21
00.81
00.34 00.45
ClK
AgL
00.26
05.74
00.13
00.94
20
4
10/19/2012
一、初识失效分析
GJB548A-96微电子器件试验方法和程序，“方法5003微电路 的失效分析程序”对失效分析的描述： • 失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查，根据需要 ，使用电测试以及许多先进的物理、金相和化学的分析技 术，以验证所报告的失效，确定其失效模式，找出失效机 理。
二、失效分析的作用 -案例2－发光二极管
案例 2－ 发光二极管静电击穿
从 芯片开封来 看 ，不管是机 械 开封还是化 学 开封样品， 其 芯片表面都 有 明显的击穿 点 ，同时击穿 点 具有静电击 穿 的特征
二、失效分析的作用 -案例3－钽电解电容
器
案例 3 确认老化失效－耗损失效
10
10/19/2012
二、失效分析的作用 -案例1－电阻
未发生异常
互连异常
SEM观察下Ag导电胶与面电极的互连形貌
二、失效分析的作用 -案例2－发光二极管
案例 2 确认环境因素对产品的影响－使用失效
高 温烘烤后样品 I-V曲线跟未烘烤 前 无变化，仍为 漏 电，这说明样 品 的漏电不是由 于离子导电所致。
9
10/19/2012
10/19/2012
失效分析技术
蔡伟
中国赛宝实验室 可靠性研究分析中心
2012-10
主要内容 一、初识失效分析 二、失效分析作用 三、失效分析技术 四、典型的案例
1
10/19/2012
一、初识失效分析

产品在规定的时间内和规定的使用条件下，完成 规定功能的能力－可靠性概念。

失效分析是保证鸡蛋变为鸡而不是荷包蛋的工具