电子产品失效分析技术
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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
电子产品失效分析技术
第 16 页
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。
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。
电子产品失效分析技术
第 18 页
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
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
电子产品失效分析技术
第 22 页
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，
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
第5页
主要失效模式及机理
电子产品失效分析技术
第6页
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
电子产品失效分析技术
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
电子产品失效分析技术
第2页
失效分析概论
电子产品失效分析技术
第3页
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、
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
电子产品失效分析技术
第7页
失效模式及分布
分立元件
集成电路
电子产品失效分析技术
第8页
Hale Waihona Puke Baidu
失效模式及分布
电阻器
电容器
电子产品失效分析技术
第9页
失效模式及分布
继电器
按插元件
电子产品失效分析技术
第 10 页
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。
电子产品失效分析技术
第 11 页
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。
束感生电流像，电子束探针） 多余物，污染物成分分析。
电子产品失效分析技术
第 23 页
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。
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。
电子产品失效分析技术
第 15 页
失效机理
6. 金铝化合物失效
金和铝键合，在长期储存和使用后，金铝之间生成AuAl2，AuAl， Au2Al，Au5Al2，Au4Al等金属间化合物（IMC）
这些IMC的物理性质不同，电导率较低。 AuAl2呈紫色，俗称紫斑； Au5Al2，Au4Al呈浅金黄色，俗称黄斑；Au2Al呈白色俗称白斑。
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。 测试标准——EIA/JESD78 IC Latch-Up Test。
电子产品失效分析技术
第 12 页
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。
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。
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第 13 页
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。
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。
电子产品失效分析技术
第 14 页
失效机理
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。
电子产品失效分析技术
第4页
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。
电子产品失效分析技术
第 19 页
失效分析基本程序
电子产品失效分析技术
第 20 页
失效分析基本程序 3. 失效分析程序
调样 调失 外 失 方 非 破 综 报
查品 查效 观 效 案 破 坏 合 告
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
电子产品失效分析技术
第 21 页
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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第 17 页
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”。
IMC
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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。
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。
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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
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
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第 22 页
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，
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。
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第5页
主要失效模式及机理
电子产品失效分析技术
第6页
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
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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
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第2页
失效分析概论
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第3页
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、
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
电子产品失效分析技术
第7页
失效模式及分布
分立元件
集成电路
电子产品失效分析技术
第8页
Hale Waihona Puke Baidu
失效模式及分布
电阻器
电容器
电子产品失效分析技术
第9页
失效模式及分布
继电器
按插元件
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第 10 页
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。
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第 11 页
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。
束感生电流像，电子束探针） 多余物，污染物成分分析。
电子产品失效分析技术
第 23 页
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。
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。
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第 15 页
失效机理
6. 金铝化合物失效
金和铝键合，在长期储存和使用后，金铝之间生成AuAl2，AuAl， Au2Al，Au5Al2，Au4Al等金属间化合物（IMC）
这些IMC的物理性质不同，电导率较低。 AuAl2呈紫色，俗称紫斑； Au5Al2，Au4Al呈浅金黄色，俗称黄斑；Au2Al呈白色俗称白斑。
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。 测试标准——EIA/JESD78 IC Latch-Up Test。
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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。
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。
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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。
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。
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失效机理
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。
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第4页
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。
电子产品失效分析技术
第 19 页
失效分析基本程序
电子产品失效分析技术
第 20 页
失效分析基本程序 3. 失效分析程序
调样 调失 外 失 方 非 破 综 报
查品 查效 观 效 案 破 坏 合 告
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
电子产品失效分析技术
第 21 页
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”。