电子元器件失效模式总结

元器件的失效模式总结
Beverly Chen
2016-2-4
一、失效分析的意义
失效分析（Failure Analysis）的意义在于通过对已失效器件进行事后检查，确定失效模式，找出失效机理，确定失效的原因或相互关系，在产品设计或生产工艺等方面进行纠正以消除失效的再次发生。

一般的失效原因如下：
二、失效分析的步骤
失效分析的步骤要遵循先无损，后有损的方法来一步步验证。

比如先进行外观检查，再进行相关仪器的内部探查，然后再进行电气测试，最后才可以进行破坏性拆解分析。

这样可以避免破坏性的拆解破坏证据。

拿到失效样品，首先从外观检查开始。

1. 外观检查：收到失效样品后，首先拍照，记录器件表面Marking信息，观察器件颜色外观等有何异常。

2.根据器件类型开始分析：
2.1贴片电阻，电流采样电阻
A: 外观检查，顶面覆盖保护层有针状圆形鼓起或黑色击穿孔->内部电阻层烧坏可能->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁可能->可能原因：过电压或过电流烧毁—>检查改电阻的稳态功率/电压或者瞬时功率/电压是否已超出spec要求。

Coating 鼓起并开裂黑色击穿点
●可失效样品寄给供应商做开盖分析，查看供应商失效报告：如发现烧毁位置位于激光切
割线下端，可确定是过电压导致失效。

需要考虑调整应用电路，降低电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。

激光切割线
去除coating保护层后，可以看到烧毁位置位于激光切割线旁边，该位置电应力最集中。

B: 外观检查，顶面底面均无异常->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁或者电极因硫化断开或阻抗增大->检查改电阻的稳态功率或者瞬时功率是否已超出spec要求，如有可能是过电压或过功率烧毁；应力分析在范围内，考虑硫化->失效样品寄给供应商分析。

查看供应商失效报告：
●如发现烧毁位置位于激光切割线下端，可确定是过电压导致失效。

需要考虑降低应用电
路中的电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。

●如果测试发现保护层附近电极硫元素含量高且电极沿保护层边缘发生断裂情况，可确认
是应用中硫化物污染导致银电极被硫化生成AgS而断开需确认应用环境是否硫含量比较高。

如果有必要，更换为抗硫化电阻。

端电极与玻璃保护层交界处放大
C: 外观检查，顶面覆盖保护层有任意位置的大片的脱落或者，且露出的基板或电阻层颜色正常，无黑色烧坏痕迹->万用表测量阻值：测得阻值正常，或者偏大或者开路->可能原因：外力撞击造成保护层/电阻层/基板破裂，需检查电阻是否靠近板边或者靠近螺丝或其他组装器件。

D：其他
贴片电阻
2.2贴片陶瓷电容
A: 外观检查，外观无异常->测量C，DF，IR（端子间电阻）值与SPEC是否相符->如C，DF，IR（端子间绝缘电阻）值OK，给电容加额定电压后，再测量C,DF，IR值（静置24hr 再测比较准确），如仍在spec范围内，器件正常；如果是因换了一个品牌的同规格的陶瓷电容导致模块的输入或输出纹波偏大，需要查看一下不同品牌电容的DF（ESR影响）和DC bias 性能是否有差异。

B: 外观检查，外观无异常->测量C，DF，IR（端子间电阻）值与SPEC是否相符->如C，DF，IR（端子间电阻）值OK，给电容加额定电压后，再测量C,DF，IR值，如果C，DF，IR异常，可能是耐压不足的原因，可失效样品寄给供应商做分析以确认原器件是否有质量问题。

C: 外观检查，外观无异常->测量C，DF，IR（端子间电阻）值与SPEC是否相符->如C，DF，IR（端子间电阻）异常，再仔细观察是否有陶瓷体微裂现象->无论有无裂纹，将失效样品寄给供应商做分析。

需要注意的是柔性端子的电容，在受到板弯等机械外力后，容易在端子的弹性层靠近底面位置发生开裂而导致开路，如果柔性端子电容外观无异常，但是测量电容发现开路或者容值减小，则有可能是这种情况。

Polymer Ag
D: 外观检查，陶瓷体上有明显的裂纹->测量C，DF，IR（端子间电阻）值与SPEC是否相符->将失效样品寄给供应商做分析。

查看失效器件的外观以及供应商的切片分析报告和图片：
如果陶瓷体的裂纹出现在电容顶面的中心，且曾圆形往外扩散，顶面可见或不可见下陷凹坑，多为电容在贴片过程中受到过大的下压里，导致电容破裂；
切片照片中，如果陶瓷体上的裂纹是从端子的边缘开始往内部延伸，多为机械或者板弯
●切片照片中，对于柔性端子的电容，如果器件测量开路，但是陶瓷体本身没有异常，则
可能是受机械应力引起柔性层开裂导致端子开路；
●切片照片中，如果陶瓷体上的裂纹是从端子的侧壁中央沿着电极往电容水平方向延伸，
多为焊接热应力引起的失效；
●切片照片中，如果陶瓷体上的裂纹是从端子的最外侧电极的靠边缘的位置往另一侧的电
极延伸击穿，多为过电压应力失效；
如果可以在切片照片上看到内部电极间陶瓷体上的裂纹是从内部电极间某个点向周围扩散，且该点不在从端子往内部延伸的裂纹上，并能看到熔融的电极金属，则可能是电容内部电压击穿，且能量较大；需要检查电路中是否有超高的电压应力存在，或者确认电容本身的耐压能力；
如果对于一个应用了一段时间，C ，DF 值都没有变化，但是IR 降低，漏电流增大的电
容，可能的原因有，1.电容本体有微裂，随着时间变长水汽进入，在电压的作用下，漏电流逐渐增大直至失效。

2. 电容介质材有空洞或裂纹，在电压作用下，电极的离子迁移，造成漏电流逐渐增大直至失效。

E ：其他
2.3 固态钽或铝电容
A: 外观检查，外观无异常->测量C ，DF ，ESR 值与SPEC 是否相符->如果C ，DF ，ESR 值都正常，该器件应该是个
OK 品，可将其装到模块上做进一步验证。

B: 外观检查，外观无异常->测量C ，DF ，ESR 值与SPEC 是否相符->如果C ，DF 正常，ESR 值偏大->找未焊的新样品测试ESR->如果新样品初始ESR 正常，过完回流焊后ESR 偏大，很可能是器件吸潮后过回流焊后器件内部水汽爆开造成连接异常导致ESR 偏大。

->确认物料是否真空包装，回流焊曲线是否超出J-STD-020推荐的回流焊曲线要求。

另：超声波清洗也可能会造成ESR 偏大。

一颗ESR 偏大的钽电容样品（右上角被打磨过了）
因水汽进入塑封材料，在回流焊后因热机械应力在不同材料层间产生微裂
C: 外观检查，外观无异常->测量C ，DF ，ESR 值与SPEC 是否相符->如果C ，DF 正常，ESR 值偏大->找未焊的新样品测试ESR->如果新样品初始ESR 异常，将样品送给供应商做质量分析。

D: 外观检查，外壳有明显裂纹或者烧焦痕迹等明显的->检查应用电路和电压电流波形，是否有电压反向，电压或纹波电流超过额定值的情况->如果应力超出，需修改电路；如果应力正常，将样品和相关信息提供给供应商做质量分析。

E ：其他
2.4 铝电解电容
A: 外观检查，外观无异常->测量C ，DF(tan δ)，漏电流, Impedance 值与SPEC 是否相符->如果C ，DF ，漏电流, Impedance 值都正常，该器件应该是个OK 品，可将其装到模块上做进一步验证。

需要注意，铝电解电容在低温下阻抗和ESR 会增大，看是否会因此对电路应用造成影响。

B: 外观检查，外观无异常->测量C ，DF(tan δ)，Impedance 值与SPEC 是否相符->如果C ，DF ，漏电流, Impedance 值超出spec ，而外观又看不出来，可以先测量一下未使用过的样品的参数是否正常，未使用过的样品是正常，而装配和使用后的样品有问题，可以判定电容是装配和使用后失效。

失效分析参考下面的防爆阀鼓起的电解电容的分析步骤。

C: 外观检查，电容顶盖有明显的鼓起或者防爆阀（X 型，Y 型，K 型等形状的刻线）裂开或者溢液的情况->如果是SMD 表贴型电容，首先检查该电容的回流焊曲线是否超出了供应商的推荐的回流焊接曲线，过高的温度会使贴片铝电解电容内部的电解液过度膨胀造成防爆阀突起或裂开->如果回流焊曲线没有问题，检查应用电路是否有电压或纹波电流超过额定值的情况。

过大的电压会造成介质击穿漏电流增大，电容内部发热严重造成电解液膨胀甚至溢出；过大的纹波电流或者充放电电流，会使ESR 上损耗增大，电容内部发热严重造成电解液膨胀甚至溢出->如果应力超出，需修改电路；如果应力正常，将样品和相关信息提供给供
Micro Crack
Molding resin
Silver
Graphite Manganese
应商做失效分析。

阴极为电解液的电解电容，有的可以在顶部看到防爆阀刻痕，但是有一些小封装的电解电容或者阴极为固态聚合物的电解电容的顶部也是没有防爆阀刻痕的。

D: 外观检查，电容顶盖有明显的鼓起或者防爆阀（X型，Y型，K型等形状的刻线）裂开或者溢液的情况->如果是直插引脚的电解电容，检查应用电路是否有电压或纹波电流超过额定值的情况。

过大的电压会造成介质击穿漏电流增大，电容内部发热严重造成电解液膨胀甚至溢出；，过大的纹波电流或者充放电电流，会使ESR上损耗增大，电容内部发热严重造成电解液膨胀甚至溢出->如果应力超出，需修改电路。

E: 外观检查，电容顶盖有明显的鼓起或者防爆阀（X型，Y型，K型等形状的刻线）裂开或者溢液的情况->如果是直插引脚的电解电容，且应用电路的应力正常，检查电容的引脚是否有摇晃或松动的情况。

由于机械外力造成引脚松动或扭曲的话，可能会造成引脚在电容内部电极的焊接端移位或松动，从而导致内部绝缘层破损或阻抗变大等异常情况，造成应用时电容内部温度过高引起失效->可以将样品和相关信息提供给供应商做质量分析。

F：其他
2.5瓷片电容
Pending
2.6薄膜电容
A: 外观检查，电容本体鼓起或外壳裂缝->检查C发现容量变小->如果是过完波峰焊以后出现外壳鼓包裂缝并发生容量变小的问题，可能是高温导致薄膜收缩导致失效。

->需要确认是本身器件的质量问题还是焊接条件不当。

可以将全新的薄膜电容样品，引脚做260C浸锡试验，分别浸入10S，20S，30S，看电容的外观和容量是否有变化。

如发生变化，将样品和相关信息提供给供应商做质量分析。

如外观容量等没有发生变化，需要检查我们的焊接条件，比如波峰焊的预热或焊接时间是否过长，或者薄膜电容的引脚孔径是否过大导致锡液涌上本体造成失效。

B：其他
2.7电感
A: 外观检查，磁芯破损->测量L值和DCR与SPEC是否相符，如果DCR正常但是L值超出SPEC，则是磁芯破损造成电感失效->铁氧体磁芯破损，考虑组装或运输过程中的机械外力对器件造成的影响；如果是金属粉模压磁芯破裂，需检查是否是在清洗过程，或者回流焊后破损或者原材料来料就有破损。

如果是清洗或回流焊后产生破损，则是电感有质量问题，需反馈给供应商改进；如果原材料就有破损，则可直接投诉供应商。

金属粉模压磁芯破裂一般与磁芯制作过程中的材料配比和成型压力控制不当有关。

铁氧体磁芯电感，磁芯质硬脆，工字型结构的磁芯易碎。

金属粉芯模压磁芯的组装电感
铁粉芯磁芯一体成型电感
B: 对于绕线电感，外观检查，外观无明显异常->测量L 值和DCR 与SPEC 是否相符，如果L 值测不出，DCR 测量显示为open ，那么可以判断绕线开路。

仔细检查绕线，看线包外观是否有绕线破损的情况，如果可以看到，试着用镊子去轻轻地拨绕线，看能否找到线圈断开点。

如果不能找到，可以将绕线仔细拆解或将失效样品寄给供应商去分析以找到开路点。

了解到绕线断开点的位置或查看供应商的分析报告和图片：
● 如果开路点是位于绕线与电感的焊盘连接处，且绕线直径在0.1mm 以下的较细的漆包
线上，原因可能是1. 电感pin 脚处的磁芯或骨架有比较尖锐的角导致绕线过程中碰到漆包线并造成损伤，过回流焊后或通电后因热胀冷缩导致漆包线断裂；2. 电感的pin 脚浸锡时间过长或锡液温度过高，导致漆包线的部分铜融到焊锡液中，线径变细，过回流焊后或通电后因热胀冷缩导致漆包线断裂。

绕线在磁芯边缘处断线。

● 如果开路点是位于线包内层，且绕线直径在0.1mm 以下的较细的漆包线上，原因可能
是1. 漆包线在这个位置本身有损伤，过回流焊后或通电后因热胀冷缩导致漆包线断裂；
2. 绕线时拉力过大，线包过紧，过回流焊后或通电后因热胀冷缩导致漆包线断裂。

C: 对于绕线电感，外观检查，外观无明显异常->测量L 值和DCR 与SPEC 是否相符，如果L 值为0或明显偏低，DCR 测量显示为短路或者阻值偏低，那么可以判断绕线匝间短路。

仔细检查绕线，查看是否有锡珠沾在漆包线上，或者有漆包线熔融变色的痕迹。

试着拆开线包，观察漆皮是否有熔融破损的情况。

或者将失效样品寄给供应商去分析。

通过观察线包或查看供应商的分析报告和图片：
●如果是因为漆包线上沾有锡珠，挑除锡珠后可以看到短路消失的状况，那么短路原因是
锡珠造成线圈漆皮破损匝间短路。

锡珠的来源可能是电感在pin脚浸锡过程中溅上的。

●如果漆包线外层没有锡珠，但是发现漆包线漆皮熔融变色，且熔融区域靠近pin脚的位
置，那么短路原因可能是电感在pin脚浸锡过程中，时间过长或锡液温度过高，或者浸
锡次数过多导致漆包线受热漆皮损伤，在后续生产时过回流焊进一步损伤造成匝间短
路。

●如果漆包线整体漆皮熔融变色，或者漆包线处于屏蔽的磁芯内部但仍漆皮熔融短路，可
能是漆包线的耐温偏低，不能承受我们的回流焊温度。

需要改用更耐温的线材或者选用
更粗更厚漆膜的线材来绕制电感。

熔融的漆皮树脂
靠近底面pin脚位置，漆皮熔融更厉害。

线圈漆皮与铜线剥离，匝间绝缘被破坏
D: 对于扁平线圈功率电感，外观检查，外观无明显异常->测量L值和DCR与SPEC是否相
符，如果L值偏低，一般与线圈关系不大，需要确认是否磁芯的装配是否有问题。

常见的
情况有点胶量不对或位置不够好导致回流焊后两片磁芯间的间隙和气隙变大造成电感量下
降。

这种情况可以将样品寄给厂商去做分析和改正。

E: 对于扁平线圈功率电感，如果外观无明显异常->测量L值和DCR与SPEC是否相符，如
果这两个值都正常，了解样品在产品上的失效状态，通常这种情况与电感的电气特性比如饱
和电流Isat或者磁芯损耗有关。

●如果用作功率输出电感，失效现象为产品的满载输出纹波偏大且产品效率偏低，首先测
量电感的Isat电流是否满足SPEC。

●或者用作输入电感，失效现象为输入反射纹波偏大，则需测量电感的Isat电流是否满足
SPEC；
●如果失效现象为产品的过流点偏低，则需测量该电流点附近的电感量是否异常，这个与
器件实际的Isat值有关；
●如果失效现象是产品的空载输入电流偏大，则需测量Isat是否异常，并比较测量电感的
Q值是否与好的样品差异很大。

Q值是反映电感的储能与损耗的一个比值，如果Q值
偏低，在DCR没有问题的情况下，那就是磁芯的损耗偏大。

可以将失效样品寄给供应
商分析是什么原因造成的磁芯损耗偏大；如果是铁氧体磁芯电感，还需要检查磁芯的表
面阻抗与正常器件相比是否偏低。

铁氧体磁芯的阻抗偏低，会造成磁芯涡流损耗增加，
磁芯发热。

●如果以上都无异常，需让设计工程师查看电感各项参数的上下限是否都能满足产品的应
用。

F：对于铁粉芯模压一次成型电感，、
●失效现象是回流焊或者超声波清洗之后电感量偏低，但是DCR正常。

在显微镜下观察
是否有电感本体发生开裂的情况。

无论有无发现开裂，这种失效可能的原因是电感的混合铁粉的树脂材料不好，在回流焊或者清洗后树脂发生变化造成铁粉颗粒之间间隙变大，从而造成电感量下降。

小型的铁粉芯模压成型电感，容易在pin脚折弯后发现磁芯开裂的情况，这种情况易在回流和超声波清洗后扩大。

●失效现象是回流焊或者超声波清洗之后电感量正常，但是DCR偏大或开路。

在显微镜
下观察是否有电感本体发生开裂的情况。

无论有无发现开裂，这种失效可能的原因是内部绕线和端子的焊接质量不好，在在回流焊或者清洗后焊接位置浮脱，造成电感DCR 偏大或开路。

G：其他
2.8绕线变压器
A: 外观检查，磁芯破损或其他位置有明显损坏->考虑机械外力造成损坏。

B: 外观检查，外观无明显异常->测量各绕组的L值和DCR与SPEC是否相符，
●如果L值测不出，DCR测量显示为open，那么可以判断该绕线开路。

仔细检查绕线，
看线包外观是否有绕线破损的情况，如果可以看到，试着用镊子去轻轻地拨绕线，看能否找到线圈断开点。

如果不能找到，可以将绕线仔细拆解或将失效样品寄给供应商去分析以找到开路点。

一般绕组开路点较多发生在焊点附近，可能是由于出线较细，而拉的过紧或者线上有损伤造成受热后开路。

可以通过增大线径，减小绕线拉力，控制焊接时间来改进。

●如果L值和DCR都偏低，那么可判断该绕组匝数偏少或者匝间短路。

仔细检查绕线，
看线包外观，特别是靠近焊点的绕组上是否能看到漆包线的绝缘皮熔融的情况。

也可以
用测量绕组间电压比的方法来测量绕组的匝比。

也可以拆开并小心清点绕组匝数是否正确或者是否有内部短路的情况。

如果是匝数错误，即为来料问题；如果是变压器内部短路的情况，如果是SMT焊接的变压器，有可能会发生回流焊热造成漆包线熔融导致短路。

对于插装的变压器，如果是应用中发生过热，一般会在线圈内部发现烧坏点，这时候就要去确认应用中是否有过电压或者过电流的情况。

拿掉磁芯后，可以看到线圈上有融化的线皮
树脂溢出。

剥开漆包线，可以看到线上的绝缘皮已经剥
离，铜线裸露在外。

●如果L值和DCR，绕组匝比都正常，而实际应用中发现损耗增大，变压器过热，需要
确认变压器漏感是否异常。

取正常和异常样品，将其他绕组短接，逐个测量绕组漏感是否有异常。

变压器的漏感与磁芯装配不严或者初次级绕线分布，以及绕线和胶带松紧等都有关系，可以对比拆开正常和异常样品有哪些不一样的地方。

如果是新设计的变压器，可以与厂商讨论调整结构，降低漏感。

C：其他
2.9金属氧化物场效应管Mosfet
A：外观检查，外观无明显异常->对比正常样品测量各脚阻抗和S、D脚间的二极管压降。

如果测试值异常，基本可以判定器件已损坏，可以直接将失效样品寄给供应商做开盖分析。

查看供应商的分析报告和图片：
●如果是发生在晶圆Die上的EOS失效，且失效面积较大，并可能伴随着DS极bonding
线烧毁，可以判定为大电流或大功率引起的失效。

需要去确认应用中1. 是否有大电流或大功率的场合；2.器件是否发生雪崩击穿且功耗过大；3. 器件是否长时间工作在线性区；4. DS的电路上是否存在较大的感性负载与过大的dV/dt，这将造成管子DS的异常开通；5.检查Gate是否有异常的振荡导致DS的异常导通等。

●如果是发生在Die上的EOS失效，且失效面积较小，且为针尖状烧坏点，可以判定为
瞬时过电压引起的失效。

需要去确认应用中是否有较高的电压尖峰。

●如果击穿点距离Gate较近，失效可能发生在管子开通时；如果击穿点远离Gate，失效
可能发生在管子关断时，可以根据击穿位置重点看看开通或关掉时候管子的应力。

●如果失效发生在GS线上，且为针尖状烧坏点，可以判定与GS 上有一个较高的电压尖
峰，需要去确认应用中的波形是否有异常。

●如果失效现象为Gate的bonding线烧断，或者Gate处的晶圆烧坏，则与Gate上流过一
个较大的电流或者较高的电压有关。

这时候需要去检查驱动信号上是否有异常的抖动导致过压或过流的情况。

与过流有关的失效与过流有关的失效
与过压有关的失效与过压有关的失效
B：外观检查，外观无明显异常->对比正常样品测量各脚阻抗和S、D脚间的二极管压降。

如果测试值正常异常，再通电测量Rds(on)。

如果发现Rds(on)异常，则表明器件有问题，可直接将失效器件寄供应商分析。

查看供应商的分析报告和图片：
●看是否是因为生产工艺的问题导致管子Rds(on)异常。

这是一个由于在打bonding线的过程中因定位
压具滑动导致的bonding线受损断裂的案例。

这是因注塑脱模过程不畅，比如模子太紧或
者塑胶与模子粘连导致脱模后封装开裂与
bonding线拉断的案例。

●看是否因为封装受潮导致管子受焊接破坏而影响Rds(on)，这种情况下有时可以同时看
到封装有开裂的现象(爆米花效应)。

C-SAM下的封装开裂分层影像
C：其他
2.10二极管Diode
A：外观检查，外观无明显异常->对比正常样品测量两脚之间的阻抗和二极管压降。

如果测试值异常，基本可以判定器件已损坏，可以直接将失效样品寄给供应商做开盖分析。

查看供应商的分析报告和图片：
●如果是发生在Bonding wire上的熔融失效，可以判定为大电流引起的失效。

对于一般的
开关二极管，Bonding wire能够承受电流比Wafer能承受的电流小很多，因此常常是
wire先烧坏。

需要去确认应用中是否有过大的电流或功率的场合；
●如果是发现在Die上有烧坏的地方，对于一般的开关二极管，可以考虑是反向电压过大
造成PN节反向击穿，这时需要去确认应用中是否有反向过电压的情况；对于功率二极管，如果烧坏的区域很大，可能是由大电流或者大功率造成的失效，如果失效点只是针尖状的小点，还是考虑瞬时反向过电压引起的失效。

不连续的bonding线，部分位置已熔融
B：外观检查，塑料外壳上有裂纹->对比正常样品测量两脚之间的阻抗和二极管压降。

如果测试值异常，基本可以判定器件已损坏，可以直接将失效样品寄给供应商做开盖分析。

外壳裂纹可能是机械应力或者热机械应力损坏造成的。

C：其他
2.11齐纳管Zener Diode
A：外观检查，外观无明显异常->对比正常样品测量两脚之间的阻抗和二极管压降。

如果测试值异常，基本可以判定器件已损坏，可以直接将失效样品寄给供应商做开盖分析。

查看供应商的分析报告和图片：
●如果是发生在Bonding wire上的熔融失效，可以判定为大电流率引起的失效。

对于一般
的开关二极管，Bonding wire能够承受电流比Wafer能承受的电流小很多，因此常常是wire先烧坏。

需要去确认应用中是否有大电流或大功率的场合；
●如果是发现在Die上有烧坏的地方，可以考虑是反向电压过大造成PN节反向击穿，这
时需要去确认应用中是否有反向过电压的情况。

B：外观检查，塑料外壳上有裂纹->对比正常样品测量两脚之间的阻抗和二极管压降。

如果测试值异常，基本可以判定器件已损坏，可以直接将失效样品寄给供应商做开盖分析。

裂纹通常是机械外力造成的。

C：外观检查，外观无明显异常->对比正常样品测量稳压值，如果失效样品的稳压值与正常样品相比偏低或偏高，但是仍然在SPEC的范围之内，那么这个Zener很可能是正常的，但。