文档介绍：电子元器件失效分析技术
信息产业部电子五所
可靠性分析中心
费庆宇
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基本概念和失效分析技术
第一部分
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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
3不能自愈
失效种类
1致命性失效:如过电子元器件失效分析技术
信息产业部电子五所
可靠性分析中心
费庆宇
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基本概念和失效分析技术
第一部分
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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
3不能自愈
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
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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(ESD)、闩锁(latchup)
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
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温度应力-时间模型
M温度敏感参数,E激活能,k玻耳兹曼常量,T绝对温度,t时间,A常数
T大,反应速率dM/dt大,寿命短
E大,反应速率dM/dt小,寿命长
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温度应力的时间累积效应
失效原因:温度应力的时间累积效应,特性变化超差
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与力学公式类比
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失效物理模型小结
应力-强度模型:不考虑激活能和时间效应,适用于偶然失效,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):需考虑激活能和时间效应,适用于缓慢退化,失效现象不明显。
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明显失效现象可用应力-强度模型来解释
如:与电源相连的金属互连线烧毁是由浪涌电压超过器件的额定电压引起。
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可靠性评价的主要内容
产品抗各种应力的能力
产品的平均寿命
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预计平均寿命的方法
1求激活能E
LnL1
LnL2
1/T2
1/T1
B
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预计平均寿命的方法
2求加速系数F
试验获得高温T1的寿命为L1,低温T2寿命为L2,可求出F
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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
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失效分析的概念
失效分析的定义
失效分析的目的
确定失效模式
确定失效机理
提出纠正措施,防止失效重复出现
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失效模式的概念和种类
失效的表现形式叫失效模式
按电测结果分类:开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效
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失效机理的概念
失效的物理化学根源叫失效机理。例如
开路的可能失效机理:过电烧毁、静电损伤、金属电迁移、金属的电化学腐蚀、压焊点脱落、CMOS电路的闩锁效应
漏电和短路的可能失效机理:颗粒引发短路、介质击穿、pn微等离子击穿、Si-Al互熔
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失效机理的概念(续)
参数漂移的可能失效机理:封装内水汽凝结、介质的离子沾污、欧姆接触退化、金属电迁移、辐射损伤
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引起失效的因素
材料、设计、工艺
环境应力
环境应力包括:过电、温度、湿度、机械应力、静电、重复应力
时间
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失效分析的作用
确定引起失效的责任方(用应力-强度模型说明)
确定失效原因
为实施整改措施提供确凿的证据
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举例说明:失效分析的概念和作用
某EPROM使用后无读写功能
失效模式:电源对地的待机电流下降
失效部位:部分电源内引线熔断
失效机理:闩锁效应
确定失效责任方:模拟试验
改进措施建议:改善供电电网,加保护电路
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某EPROM的失效分析结果
由于有CMOS结构,部分电源线断,是闩锁效应。
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模拟试验确定失效责任方
触发电流:350mA触发电流:200mA
维持电压::
(技术指标:电源电压:5V触发电流>200mA)
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失效分析的受益者
元器件厂:获得改进产品设计和工艺的依据
整机厂:获得索赔、改变元器件供货商、改进电路设计、改进电路板制造工艺、提高测试技术、设计保护电路的依据
整机用户:获得改进操作环境和操作规程的依据
提高产品成品率和可靠性,树立企业形象,提高产品竞争力
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失效分析技术的延伸
进货分析的作用:选择优质的供货渠道,防止假冒伪劣元器件进入整机生产线
良品分析的作用:学****先进技术的捷径
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失效分析的一般程序
收集失效现场数据
电测并确定失效模式
非破坏检查
打开封装
镜检
通电并进行失效定位
对失效部位进行物理化学分析,确定失效机理
综合分析,确定失效原因,提出纠正措施
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收集失效现场数据
作用:根据失效现场数据