电子产品失效分析技术
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电子元器件中，外引线及封 装壳内的金属因腐蚀而引起 电性能恶化直至失效。
腐蚀产物形貌观察和成分测 定对失效分析很有帮助。
.
失效机理
5. 银离子迁移
银离子迁移是一种电化学现象，在具备水份和电场的 条件时发生。
.
失效机理
6. 金铝化合物失效
金Au和5A铝l2，键A合u4，Al等在金长属期间储化存合和物使（用I后MC，）金铝之间生成AuAl2，AuAl，Au2Al，
.
失效机理
2. CMOS电路闩锁失效
条件——在使用上（VI；VO）>VDD或（VI；VO）<VSS； 或电源端到地发生二次击穿。
危害——一旦导通电源端产生很大电流，破坏性和非破 坏性。
失效特点——点现象，内部失效判别。 。
.
失效机理
3. ESD失效机理
静电放电给电子元器件带来损伤，引起的产品失效。
.
主要失效模式及机理
.
失效模式
失效模式就是失效的外在表现形式。
按持续性分类：致命性失效，间歇失效，缓慢退化 按失效时间分：早期失效，随机失效，磨损失效 按电测结果分：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效 按失效原因分：电应力（EOS）和静电放电（ESD）导致的
失效，制造工艺不良导致的失效
.
失效模式及分布
分立元件
集成电路
.
失效模式及分布
电阻器
电容器
.
失效模式及分布
继电器
按插元件
.
失效机理
1. 过应力失效
电过应力——电源输出输入的电源、电压超过规定的最 大额定值。
热过应力——环境温度、壳温、结温超过规定的最大额 定值。
机械过应力——振动、冲击、离心力或其他力学量超过 规定的最大额定值。
检测电子元器件及多层PCB板的内 部结构
通过测量光电子能量确定壳层能级， 利用化学位移测量化学键和化合物， 元素确定，化学位移
识别分子官能团，有机物结构分析
二次离子
元素确定，表面元素分布
.
失效分析技术与设备
技术
探测源
光学显微镜
可见光
扫描电子显微分析 （SEM）
X射线能谱分析 （EDS）
电子 电子
俄歇电子能谱 （AES）
.
失效机理
9. “爆米花效应”（分层效应）
“爆米花效应”是指塑封器件塑封材料内的水份在高温 下受热发生膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分 层，拉断键合丝，发生开路失效或间歇失效。
.
失效分析基本程序
.
失效分析基本程序
3. 失效分析程序
样 失 外 失 方 非 破综 报
品 效 观 效 案 破 坏合 告
束感生电流像，电子束探针） 多余物，污染物成分分析。
.
失效分析基本程序
破坏性分析的基本路径
加电的内部检查（去除钝化层，微探针，聚焦离子束，电 子束探针）
剖切面分析（光学，SEM，TEM） 进一步的多余物，污染物成分分析。
.Hale Waihona Puke Baidu
失效分析技术与设备
.
失效分析技术与设备
技术
电参数测试分析
扫描声学显微分析 （SAM）
过电压场致失效——放电回路阻抗较 高，元器件因接受高电荷而产生高电压 导致电场损伤，多发生于电容器件。 过电流热致失效——放电回路阻抗较 低，元器件因放电期间产生强电流脉冲 导致高温损伤，多发生于双极器件。
.
失效机理
4. 金属腐蚀失效
当金属与周围介质接触时， 由于发生化学反应或电化学 作用而引起金属腐蚀。
基 现 检 模 设 坏 性分 编
本 场 查 式 计 性 分析 写
信信
确
分析
息息
认
析
调调
查查
.
失效分析基本程序
非破坏性分析的基本路径
外观检查 模式确认（测试和试验，对比分析） 检漏 可动微粒检测 X光照相 声学扫描 模拟试验
.
失效分析基本程序
半破坏性分析的基本路径
可动微粒收集 内部气氛检测 开封检查 不加电的内部检查（光学，SEM，微区分析） 加电的内部检查（微探针，热像，光发射，电压衬度像，
程的解释。 应力——驱动产品完成功能所需的动力和产品经历的环境
条件，是产品退化的诱因。
.
失效分析概论
2. 失效分析的定义和作用
失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查。使用电 测试以及先进的物理、金相和化学的分析技术，验证所 报告的失效，确定试销模式，找出失效机理。
根据失效分析得出的相关结论，确定失效的原因或相关 关系，从而在产生工艺、器件设计、试验或应用方面采 取纠正措施，以消除失效模式或机理产生的原因，或防 止其再次出现。
电子产品失效分析技术
.
内容
失效分析概论 主要失效模式及机理 失效分析基本程序 失效分析技术与设备 失效案例分析
.
失效分析概论
.
失效分析概论
1. 基本概念
失效——产品丧失功能或降低到不能满足规定的要求。 失效模式——电子产品失效现象的表现形式。如开路、短
路、参数漂移、不稳定等。 失效机理——导致失效的物理化学变化过程，和对这一过
这Au些5AIlM2，CA的u物4Al理呈性浅质金不黄同色，，电俗导称率黄较斑低；。AuA2AulA呈l2白呈色紫俗色称，白俗斑称。紫斑；
键合点生成金铝化合物后，键合强度降低、变脆开裂、接触电阻增大，
器件出现性能退化或引线从键合界面处脱落导致开路。
IMC
IMC
.
失效机理
7. 柯肯德尔效应
金铝键合系统中，若采用Au丝热压焊工艺， 由于高温，金向铝中迅速扩散，在金层一 侧留下部分原子空隙，这些原子空隙自发 聚积，在金属间化合物与金属交界面上形 成了空洞，这称为柯肯德尔效应。
当柯氏效应（空洞）增大到一定程度后， 将使键合界面强度急剧下降，接触电阻增 大，最终导致开路失效。
.
失效机理
8. 金属化电迁移
在外电场作用下，导电电子和金属离子间 相互碰撞发生动量交换而使金属离子受到 与电子流方向一致的作用力，金属离子由 负极向正极移动，这种作用力称为“电子 风”。
对铝，金等金属膜，电场力很小，金属离 子主要受电子风的影响，使金属离子朝正 极移动，在正极端形成金属离子的堆积， 形成小丘，而在负极端生产空洞，使金属 条断开。
X-射线透视仪
X射线光电子能谱 （XPS）
显微红外吸收光谱 （FTIR） 二次离子质谱 （SIMS）
探测源
超声波 X射线 特征X射线 红外线 离子
探测物理量 用途
电信号
确定失效模式和失效管脚定位
超声波 X射线强度 光电子 红外吸收光谱
测量超声波传播，分析材料弹性特 征，晶体缺陷和多层结构分析，结 构截面的非破坏性分析
腐蚀产物形貌观察和成分测 定对失效分析很有帮助。
.
失效机理
5. 银离子迁移
银离子迁移是一种电化学现象，在具备水份和电场的 条件时发生。
.
失效机理
6. 金铝化合物失效
金Au和5A铝l2，键A合u4，Al等在金长属期间储化存合和物使（用I后MC，）金铝之间生成AuAl2，AuAl，Au2Al，
.
失效机理
2. CMOS电路闩锁失效
条件——在使用上（VI；VO）>VDD或（VI；VO）<VSS； 或电源端到地发生二次击穿。
危害——一旦导通电源端产生很大电流，破坏性和非破 坏性。
失效特点——点现象，内部失效判别。 。
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失效机理
3. ESD失效机理
静电放电给电子元器件带来损伤，引起的产品失效。
.
主要失效模式及机理
.
失效模式
失效模式就是失效的外在表现形式。
按持续性分类：致命性失效，间歇失效，缓慢退化 按失效时间分：早期失效，随机失效，磨损失效 按电测结果分：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效 按失效原因分：电应力（EOS）和静电放电（ESD）导致的
失效，制造工艺不良导致的失效
.
失效模式及分布
分立元件
集成电路
.
失效模式及分布
电阻器
电容器
.
失效模式及分布
继电器
按插元件
.
失效机理
1. 过应力失效
电过应力——电源输出输入的电源、电压超过规定的最 大额定值。
热过应力——环境温度、壳温、结温超过规定的最大额 定值。
机械过应力——振动、冲击、离心力或其他力学量超过 规定的最大额定值。
检测电子元器件及多层PCB板的内 部结构
通过测量光电子能量确定壳层能级， 利用化学位移测量化学键和化合物， 元素确定，化学位移
识别分子官能团，有机物结构分析
二次离子
元素确定，表面元素分布
.
失效分析技术与设备
技术
探测源
光学显微镜
可见光
扫描电子显微分析 （SEM）
X射线能谱分析 （EDS）
电子 电子
俄歇电子能谱 （AES）
.
失效机理
9. “爆米花效应”（分层效应）
“爆米花效应”是指塑封器件塑封材料内的水份在高温 下受热发生膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分 层，拉断键合丝，发生开路失效或间歇失效。
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失效分析基本程序
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失效分析基本程序
3. 失效分析程序
样 失 外 失 方 非 破综 报
品 效 观 效 案 破 坏合 告
束感生电流像，电子束探针） 多余物，污染物成分分析。
.
失效分析基本程序
破坏性分析的基本路径
加电的内部检查（去除钝化层，微探针，聚焦离子束，电 子束探针）
剖切面分析（光学，SEM，TEM） 进一步的多余物，污染物成分分析。
.Hale Waihona Puke Baidu
失效分析技术与设备
.
失效分析技术与设备
技术
电参数测试分析
扫描声学显微分析 （SAM）
过电压场致失效——放电回路阻抗较 高，元器件因接受高电荷而产生高电压 导致电场损伤，多发生于电容器件。 过电流热致失效——放电回路阻抗较 低，元器件因放电期间产生强电流脉冲 导致高温损伤，多发生于双极器件。
.
失效机理
4. 金属腐蚀失效
当金属与周围介质接触时， 由于发生化学反应或电化学 作用而引起金属腐蚀。
基 现 检 模 设 坏 性分 编
本 场 查 式 计 性 分析 写
信信
确
分析
息息
认
析
调调
查查
.
失效分析基本程序
非破坏性分析的基本路径
外观检查 模式确认（测试和试验，对比分析） 检漏 可动微粒检测 X光照相 声学扫描 模拟试验
.
失效分析基本程序
半破坏性分析的基本路径
可动微粒收集 内部气氛检测 开封检查 不加电的内部检查（光学，SEM，微区分析） 加电的内部检查（微探针，热像，光发射，电压衬度像，
程的解释。 应力——驱动产品完成功能所需的动力和产品经历的环境
条件，是产品退化的诱因。
.
失效分析概论
2. 失效分析的定义和作用
失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查。使用电 测试以及先进的物理、金相和化学的分析技术，验证所 报告的失效，确定试销模式，找出失效机理。
根据失效分析得出的相关结论，确定失效的原因或相关 关系，从而在产生工艺、器件设计、试验或应用方面采 取纠正措施，以消除失效模式或机理产生的原因，或防 止其再次出现。
电子产品失效分析技术
.
内容
失效分析概论 主要失效模式及机理 失效分析基本程序 失效分析技术与设备 失效案例分析
.
失效分析概论
.
失效分析概论
1. 基本概念
失效——产品丧失功能或降低到不能满足规定的要求。 失效模式——电子产品失效现象的表现形式。如开路、短
路、参数漂移、不稳定等。 失效机理——导致失效的物理化学变化过程，和对这一过
这Au些5AIlM2，CA的u物4Al理呈性浅质金不黄同色，，电俗导称率黄较斑低；。AuA2AulA呈l2白呈色紫俗色称，白俗斑称。紫斑；
键合点生成金铝化合物后，键合强度降低、变脆开裂、接触电阻增大，
器件出现性能退化或引线从键合界面处脱落导致开路。
IMC
IMC
.
失效机理
7. 柯肯德尔效应
金铝键合系统中，若采用Au丝热压焊工艺， 由于高温，金向铝中迅速扩散，在金层一 侧留下部分原子空隙，这些原子空隙自发 聚积，在金属间化合物与金属交界面上形 成了空洞，这称为柯肯德尔效应。
当柯氏效应（空洞）增大到一定程度后， 将使键合界面强度急剧下降，接触电阻增 大，最终导致开路失效。
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失效机理
8. 金属化电迁移
在外电场作用下，导电电子和金属离子间 相互碰撞发生动量交换而使金属离子受到 与电子流方向一致的作用力，金属离子由 负极向正极移动，这种作用力称为“电子 风”。
对铝，金等金属膜，电场力很小，金属离 子主要受电子风的影响，使金属离子朝正 极移动，在正极端形成金属离子的堆积， 形成小丘，而在负极端生产空洞，使金属 条断开。
X-射线透视仪
X射线光电子能谱 （XPS）
显微红外吸收光谱 （FTIR） 二次离子质谱 （SIMS）
探测源
超声波 X射线 特征X射线 红外线 离子
探测物理量 用途
电信号
确定失效模式和失效管脚定位
超声波 X射线强度 光电子 红外吸收光谱
测量超声波传播，分析材料弹性特 征，晶体缺陷和多层结构分析，结 构截面的非破坏性分析