微電子器件可靠性失效分析經(jīng)典案例

1、微電子器件可靠性微電子器件可靠性 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 信息科學(xué)與電氣學(xué)院 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè) Reliability of Microelectronic Devices 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 2 （1 1）失效分析全過(guò)程案例 （2 2）靜電與閂鎖失效分析案例 （3 3）電浪涌失效分析案例 （4 4）機(jī)械應(yīng)力失效分析案例 （5 5）結(jié)構(gòu)缺陷失效分析案例 （6 6）熱變應(yīng)力失效分析案例 （7 7）材料缺陷失效分析案例 （8 8）制造工藝缺陷失效分析案例 （9 9）整機(jī)設(shè)計(jì)缺陷失效分析案例 （1010）污染腐蝕失效分析案例 （1111）元器件固有機(jī)理失效分析案例 主要內(nèi)容主要內(nèi)容

2、失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 3 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 分析對(duì)象：分析對(duì)象： 電磁繼電器失效分析電磁繼電器失效分析 4 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 基本信息基本信息 n種類、結(jié)構(gòu)、電磁、機(jī)械傳動(dòng)、 觸點(diǎn)、殼體和支撐 n材料：線圈、觸點(diǎn)、機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)、支架、殼體等 n原理：電磁轉(zhuǎn)換、機(jī)械傳動(dòng) n主要電參數(shù)：（線圈、觸點(diǎn)） 5 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 基本信息基本信息 繼電器的主要失效模式 6 1.1.失

3、效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 基本信息基本信息 繼電器的主要失效機(jī)理 7 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 技術(shù)信息（現(xiàn)場(chǎng)失效情況）技術(shù)信息（現(xiàn)場(chǎng)失效情況） 樣品：LEACHLEACH繼電器 使用場(chǎng)合：電力系統(tǒng) 使用數(shù)量：200200只 失效數(shù)量：1515只 失效現(xiàn)象：線包斷、殼溫度高 失效時(shí)間：系統(tǒng)調(diào)試至使用過(guò) 程一年多陸續(xù)失效。 失效品 良品 8 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 技術(shù)信息（現(xiàn)場(chǎng)失效情況）技術(shù)信息（現(xiàn)場(chǎng)失效情況） 現(xiàn)場(chǎng)繼電器 殼溫情況 *空調(diào)環(huán)境 27左

4、右 *無(wú)環(huán)境溫度 異常記錄 9 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 取證初期思路取證初期思路 10 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 取證找熱源取證找熱源 求證：線包與溫升 結(jié)論：線包與溫升相關(guān) 1.失效樣品線包電阻嚴(yán)重減小， 電阻越小，殼溫越高 2.良品線包電阻950歐左右， 殼溫55度左右。 3.失效樣品線包電阻、殼溫異常 11 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 取證找熱源取證找熱源 求證：觸點(diǎn)與溫升 結(jié)論：觸點(diǎn)與溫升無(wú)關(guān) 12 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 取證分析熱的程度取證分析熱的程度 求證：線包溫度到

5、什么程度表面溫度表示 13 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：線包溫度到什么程度物理特征怎么樣求證：線包溫度到什么程度物理特征怎么樣 RRORO(T-TO)TTO +（V/IRO）/ RO ：為銅的電阻的溫度系數(shù)，0.00393/ ；V：線包電壓48V；I： 為線包電流；T0：線包室溫電阻；T線包工作平均溫度。 14 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：線包溫度到什么程度物理特征怎么樣 15 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 小結(jié)小結(jié) n線包是唯一熱源 n線包溫度異常高 n線包電阻異常嚴(yán)重減小 n漆包線漆膜已經(jīng)破裂，銅芯絲裸

6、露漆包線短路漏電 漆膜破裂漆膜破裂線包匝間或?qū)娱g短路（漏電）線包匝間或?qū)娱g短路（漏電）引起線引起線 包電阻減小包電阻減小線包溫度高。線包溫度高。 漆膜為什么破裂漆膜為什么破裂? ? 16 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 繼續(xù)推進(jìn)的思路：繼續(xù)推進(jìn)的思路： 17 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：漆特性對(duì)比結(jié)果：漆級(jí)別低、性能差 18 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：漆的物理表現(xiàn)結(jié)果：附著差 19 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：材料成分對(duì)比結(jié)果：某種成分已變化 紅：良品漆包線漆膜 藍(lán)：失效品未

7、變黑漆包線漆膜 黑：失效品已變黑漆包線漆膜 羥基特征吸收峰 羰基特征吸收峰 20 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 21 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：材料成分變化的溫度對(duì)比 結(jié)果：失效品有放熱反應(yīng)170 170 22 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：氣相質(zhì)譜色譜分析什么材料成分氧化而放熱 23 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：氣相質(zhì)譜色譜分析什么材料成分氧化而放熱 溫度：170 環(huán)境氣氛：氬氣無(wú) 氧化反應(yīng) 結(jié)果 “鄰苯二甲酸酐”是“增塑劑” 氧化的產(chǎn)物，是黑樣品獨(dú)有的脫 附成份增塑劑氧化

8、變?yōu)楦》?子量的分子可脫附 24 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 小結(jié)：小結(jié)： n失效樣品漆包線性能不合格 n良品漆包線性能合格 n失效樣品150213存在氧化放熱反應(yīng)，放熱 反應(yīng)峰值溫度170 n失效樣品150213發(fā)生氧化放熱反應(yīng)是漆膜 中的增塑劑氧化而放熱 n良品300 以內(nèi)無(wú)放熱反應(yīng) 在線包歷磁功率產(chǎn)生的溫度下：在線包歷磁功率產(chǎn)生的溫度下：漆膜增塑劑發(fā)生漆膜增塑劑發(fā)生 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)增塑劑退化增塑劑退化漆膜失去柔軟性漆膜失去柔軟性開(kāi)裂開(kāi)裂 脫落脫落線包短路或漏電線包短路或漏電線包電阻減小線包電阻減小線包歷線包歷 磁功率增大磁功率增大線包溫度上升線包溫度上升漆膜

9、加劇氧化而加漆膜加劇氧化而加 劇退化。劇退化。 25 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 求證：求證：就漆膜退化的機(jī)理的壽命試驗(yàn)就漆膜退化的機(jī)理的壽命試驗(yàn) n3 3只樣品 n1100h1100h n無(wú)失效 1010法則、點(diǎn)估計(jì) 1000h263192000h， 約22年。 26 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 總結(jié)論：繼電器失效分析總結(jié)總結(jié)論：繼電器失效分析總結(jié) nLEACH 99年批次繼電器（失效品），漆包線漆膜退 化引起線圈匝間和層間漏電、短路失效。勵(lì)磁功率產(chǎn) 生溫升漆膜增塑劑退化（170放熱氧化）漆膜開(kāi) 裂、脫落線包匝間或?qū)娱g漏電或短路加劇線包勵(lì)

10、磁功率增大線包溫度上升的惡性循環(huán)。 nLEACH 02年批次繼電器，漆包線的漆膜由1級(jí)漆膜改 進(jìn)為2級(jí)漆膜；350以下無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，漆膜性能 穩(wěn)定。 n3只02年批（良品）壽命試驗(yàn)結(jié)果以10法則粗略推 算，試驗(yàn)樣品線包室溫（25）工作壽命大于22年 27 1.1.失效分析全過(guò)程分析案例失效分析全過(guò)程分析案例 控制措施：控制措施： n建議淘汰在用的LEACH 99年批次的繼電器 n通過(guò)繼電器外殼溫度監(jiān)測(cè)，判斷繼電器退化 n建議對(duì)LEACH 02年批次的樣品作批次評(píng)價(jià)確定 是否采用02年批產(chǎn)品作為替換品 n采用CACA技術(shù)評(píng)價(jià)采購(gòu)批的可靠性 28 2.2.靜電與閂鎖失效案例靜電與閂鎖失效案例 n

11、ESD靜電放電損傷失效 n閂鎖效應(yīng)失效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 29 ESD靜電放電損傷失效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 30 ESDESD靜電放電損傷失效靜電放電損傷失效 n靜電(Electrostatic，static electricity): 靜電就是靜止不動(dòng)的電荷。它一般存在于物體的 表面。是正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果。 靜電是通過(guò)電子或離子轉(zhuǎn)移而形成的。靜電可由 物質(zhì)的接觸和分離、靜電感應(yīng)、介質(zhì)極化和帶電微 粒的附著等物理過(guò)程而產(chǎn)生。 n靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）: 處于不同靜電電位的兩個(gè)物體間的靜

12、電電荷的轉(zhuǎn) 移就是靜電放電。這種轉(zhuǎn)移的方式有多種，如接觸 放電、空氣放電。 一般來(lái)說(shuō)，靜電只有在發(fā)生靜電放電時(shí)，才會(huì)對(duì) 元器件造成傷害和損傷。如人體帶電時(shí)只有接觸金 屬物體、或與他人握手時(shí)才會(huì)有電擊的感覺(jué)。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 31 n對(duì)于微電子器件而言，通常有三種放電模式， 可以用三種模型來(lái)描述，即帶電人體的靜電放電 模型（HBM）、帶電機(jī)器的靜電放電模型（MM）、 充電器件的靜電放電模型（CDM）。常用的是人體 模型（HBM），放電時(shí)間RbCb和總能量 E=CbV02/2是主要參數(shù)，它決定了放電功率。 n柵極接地的nMOS晶體管的典型IV擊穿特性ESD 作

13、用時(shí)間小于10s時(shí)遵守Wunsch-Bell關(guān)系 nHBMESD失效電壓與二次擊穿的脈沖電流的關(guān) 系為： Vfail=1500It2 靜電放電模型靜電放電模型 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 32 ESDESD人體模型特征人體模型特征 R1 = 10 6 ohms to 10 7 ohms C1 = 100 picofarads 10 percent (Insulation resistance 10 12 ohms minimum) R2 = 1,500 ohms 1 percent S1 = High voltage relay (Bounceless, mercur

14、y wetted, or equivalent) S2 = Normally closed switch (Open during discharge pulse and capacitance measurement) Tri (rise time) -Less than 10 nanoseconds. Tdi (delay time) -150 20 nanoseconds. Ip (peak current) -Within 10 percent of the Ip value shown in table II for the voltage step selected. Ir (ri

15、nging) -The decay shall be smooth, with ringing, break points, double time constants ordiscontinuities less than 15 percent Ip maximum, but not observable 100 nanoseconds after start of the pulse. 圖3.1 HBM模型的電路及波形 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 33 n力學(xué)作用吸引或排斥靜電吸附灰塵，降 低元器件絕緣電阻（縮短壽命）。 n電學(xué)作用靜電電位靜電放電（ESDESD）

16、破壞， 造成電子元器件失效或功能退化。 n電磁作用靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度很大 （達(dá)幾百伏/ /米）頻譜極寬（從幾十兆到幾千兆）， 對(duì)電子產(chǎn)器造成干擾甚至損壞（電磁干擾） 靜電損害的形式靜電損害的形式 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 34 n電弧注入的電荷/電流產(chǎn)生以下?lián)p壞和故障： 穿透元器件內(nèi)部薄的絕緣層，損毀MOSFET和CMOS 元器件的柵極，常見(jiàn)； CMOS器件中的觸發(fā)器鎖死，常見(jiàn)； 反偏的PN結(jié)短路，也就是PN結(jié)反向擊穿，常見(jiàn)； 正向偏置的PN結(jié)短路，較少見(jiàn)； 熔化有源器件內(nèi)部的連接（鍵合）線或鋁（金屬 化）線，較少發(fā)生。 nESD會(huì)通過(guò)各種各樣的耦合途徑找到設(shè)

17、備的薄弱點(diǎn)! ESDESD損傷途徑損傷途徑 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 35 靜電放電靜電放電保護(hù)保護(hù)機(jī)理機(jī)理 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 36 單片機(jī)靜電放電擊穿單片機(jī)靜電放電擊穿 整機(jī)裝配工藝中，補(bǔ)焊烙鐵接地 線開(kāi)路，烙鐵帶電，引起芯片擊 穿失效。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 37 單片機(jī)靜電放電擊穿單片機(jī)靜電放電擊穿 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 38 射頻、微波器件射頻、微波器件 靜電極敏感器件， 對(duì)環(huán)境的靜電要求高。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 39 射頻、

18、微波器件射頻、微波器件 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 40 射頻、微波器件射頻、微波器件 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 41 射頻、微波器件射頻、微波器件 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 42 VDMOSVDMOS、IGBTIGBT 良品人體模型小于1000V的ESD 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 43 ESDESD損害的特點(diǎn)損害的特點(diǎn) n(1)(1)隱蔽性（不可視性） n(2)(2)潛在性和累積性 n(3)(3)隨機(jī)性 n(4)(4)復(fù)雜性 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 44

19、 靜電擊穿的失效特征靜電擊穿的失效特征 n大電壓、短時(shí)間（靜電敏感器件）小 尺寸，噴射，飛弧，表層變形。 n下層擊穿，表層變形用光學(xué)顯微鏡觀察顏色 變化，電鏡無(wú)效； n擊穿發(fā)生在表層，面積小，用電鏡觀察，光學(xué) 顯微鏡無(wú)效； n靜電放電臺(tái)放電試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)樣品所發(fā)生的 位置，和擊穿點(diǎn)的形貌特征，以進(jìn)一步分辨失效 樣品是靜電擊穿還是脈沖（浪涌）電壓擊穿。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 45 靜電失效判斷特點(diǎn)和盲點(diǎn)靜電失效判斷特點(diǎn)和盲點(diǎn) n靜電失效的特點(diǎn) （1 1）靜電敏感器件 （2 2）首次（整機(jī)和器件）測(cè)試失效 （3 3）小尺寸，噴射，飛弧 n靜電失效判斷的盲點(diǎn) （1 1

20、）使用或試驗(yàn)過(guò)程失效： 靜電損傷后，樣品功能仍然正常，經(jīng)過(guò)電壓應(yīng)力的作用后，損傷 點(diǎn)逐步擴(kuò)大，產(chǎn)生漏電、甚至短路，最后形成影響功能、參數(shù)。這 種狀態(tài)雷同于缺陷引起的漏電失效。 解決途徑：良品ESDESD評(píng)價(jià)、環(huán)境靜電控制情況評(píng)價(jià)，評(píng)估受到靜 電損傷的可能性；擊穿點(diǎn)發(fā)生的位置是否發(fā)生在與外引腳直接 電氣連接的部位，等。 （2 2）靜電與浪涌（窄脈沖）電壓擊穿 靜電擊穿與窄電壓脈沖沒(méi)有本質(zhì)的差別，但其來(lái)源是完全不同， 控制方法也完成不同。 但靜電電壓來(lái)自環(huán)境，脈沖電壓來(lái)自電路。因此，應(yīng)從應(yīng)用電路 入手，確認(rèn)或排除脈沖電壓的來(lái)源，并結(jié)合“（1 1）”進(jìn)一步確認(rèn)。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜

21、電與閂鎖失效案例 46 閂鎖效應(yīng)失效閂鎖效應(yīng)失效 集成電路失效的常見(jiàn)機(jī)理集成電路失效的常見(jiàn)機(jī)理 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 47 n所謂閂鎖（latch-up） CMOS電路中固有的寄生可控 硅結(jié)構(gòu)被觸發(fā)導(dǎo)通，在電源 和地之間形成低阻大電流通 路的現(xiàn)象。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 48 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 49 CMOSCMOS電路閂鎖誘發(fā)條件電路閂鎖誘發(fā)條件 n就是可靠性觸發(fā)導(dǎo)通的條件： 1 陽(yáng)極陰極之間誘發(fā) 電源過(guò)電壓超過(guò)IC電源的耐壓（波動(dòng)電 壓、脈沖電壓）； 輸入、輸出端過(guò)電壓，超過(guò)端口的耐壓； 輸

22、入、輸出端高于電源正端電壓； 輸入、輸出端低于電源負(fù)端電壓； 2 觸發(fā)端誘發(fā) 射線和高能離子誘生內(nèi)部載流子，內(nèi)部觸發(fā) Latchup。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 50 CMOSCMOS電路閂鎖特征電路閂鎖特征 nIC中有很多很多n溝、p溝“推挽對(duì)管”基本的 電路單元，每個(gè)“推挽對(duì)管”均有可控硅寄生結(jié)構(gòu)； 每個(gè)寄生可控硅都是非理想的可控硅難觸 發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓大，維持電流大等等（與可控 硅產(chǎn)品相比） Latchup被誘發(fā)，“推挽對(duì)管”失去本來(lái)作用， 變?yōu)樾阅茌^差的可控硅，這時(shí)IC功能失效； 一個(gè)“推挽對(duì)管”被觸發(fā)Latchup，由于電流 在體電阻中的壓降，可能觸發(fā)鄰近

23、“推挽對(duì)管” 被觸發(fā)Latchup，從而，發(fā)生大面積的Latch up。 n一個(gè)性能較差的可控硅所提供的電流并不大，但 很多很多個(gè)這種電流匯集到IC的電源端 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 51 CMOSCMOS電路閂鎖特征電路閂鎖特征 CMOS集成電路發(fā)生Latchup后的典型特征 保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通常有電壓擊穿現(xiàn)象； 電路單元通常沒(méi)有燒毀特征； 電源供電回路出現(xiàn)大電流特征； n此電流可以引起IC燒毀（失效）；也可能未導(dǎo)致IC 燒毀則IC停止供電后，下次開(kāi)機(jī)又能正常使用。 nLatchup通常有損傷，多次發(fā)生Latchup，最終 IC將失效。不穩(wěn)定失效的一種。 失效分析經(jīng)典案例

24、失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 52 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 閂鎖例閂鎖例1 53 閂鎖例閂鎖例2 2 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)ICIC（SN74AHCT16245DGG SN74AHCT16245DGG ） 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 54 閂鎖例閂鎖例3 3 使用失效：使用失效：VccVcc地之間過(guò)流地之間過(guò)流 模擬失效：端口大電流模擬失效：端口大電流 使 用 失 效 模 擬 失 效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 55 使用失效：端口保護(hù)網(wǎng)絡(luò)擊穿、過(guò)流， 功能電路無(wú)過(guò)流過(guò)熱 模擬失效：功能電路過(guò)流引起過(guò)熱 失效分析經(jīng)典案

25、例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 56 閂鎖失效與端口閂鎖失效與端口“短路短路”試驗(yàn)比試驗(yàn)比 較較 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 57 閂鎖例閂鎖例3 3 空封器件閂鎖的特征空封器件閂鎖的特征 微波開(kāi)關(guān)功能喪失 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 58 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 59 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 60 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 61 上層觀察鋁熔球；上層觀察鋁熔球； 下層觀察鋁遷移下層觀察鋁遷移 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例

26、62 空封器件閂鎖的特征空封器件閂鎖的特征 100.00M50ppm 上電時(shí)停振，板上CPU無(wú)法 啟動(dòng) 頻譜測(cè)試:主頻率為 33.3468MHz，33.33MHz及 100.00MHz處，譜線存在(右 圖)可以起振均、倍頻 石英晶體未見(jiàn)明顯異常 芯片無(wú)電擊穿特征 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 63 空封器件閂鎖的特征空封器件閂鎖的特征 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 64 CMOSCMOS電路電路LatchLatchupup外部條件外部條件: : 電源浪涌電壓峰值超過(guò)器件的擊穿電壓和使IC的電 源端對(duì)地間進(jìn)入二次擊穿狀態(tài)。 輸入或輸出電壓(Vo或V

27、i)高于VDD或低于VSS。如： 鏈路上有較大的電感負(fù)載。 設(shè)備使用兩組以上通斷延時(shí)有差異的電源。 鏈路上有長(zhǎng)線。 接地系統(tǒng)不良。 輸入端（空置端）懸空。 地面使用：最終由電壓誘發(fā)閂鎖！ 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 65 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) na)通過(guò)電路分析或ESD檢測(cè)確定電路中抗靜電 的薄弱部位和薄弱器件以及外部可能產(chǎn)生過(guò)電 壓的端口； nb)對(duì)薄弱部位加外部抗靜電保護(hù)和過(guò)電壓釋放 電路； nc)使用抗靜電能力、抗Latchup好的器件； nd)在電路制造過(guò)程中采取靜電防護(hù)措施； ne在IC電源端就近并接去耦電容，消除電源的 雜散干擾

28、電壓。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 66 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) na)瞬變電壓抑制二極管：特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間短， 動(dòng)態(tài)電阻小，承受瞬時(shí)功率容量大，1ms可吸收 脈沖功率高達(dá)1000w以上。 nb)壓敏電阻：是一種電阻隨外加電壓變化敏感 元件。特點(diǎn)為當(dāng)電壓增大到閾值時(shí)電阻值急劇下 降，有很好的大電流容量和耐大功率沖擊的能力。 是混合電路和整機(jī)理想的靜電保護(hù)元件。 nc)鐵氧體磁環(huán)：將導(dǎo)線穿繞磁環(huán)，可減小靜電 放電峰值電流。 端口保護(hù)元器件主要有：端口保護(hù)元器件主要有： 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 67 靜電和靜電和Lat

29、chLatchupup保護(hù)保護(hù) ESDESD、LatchLatchupup端口保護(hù)電路的要點(diǎn)：端口保護(hù)電路的要點(diǎn)： n泄放大電流 旁路釋放保護(hù)電路：將靜電荷、浪涌能量通過(guò) 該保護(hù)電路釋放掉，避免對(duì)功能器件的損傷。 n電壓箝位 限壓保護(hù)電路：減緩靜電、浪涌作用到器件端 口的電壓電壓限定在某個(gè)值以下，限制釋放的電 流小。鉗制器件端口的電位； 外部保護(hù)電路外部保護(hù)電路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 68 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) n介質(zhì)隔離技術(shù) 最有效的ESD保護(hù)方法，采用絕緣介質(zhì)如塑料機(jī)箱、 空氣間隙及絕緣材料等把內(nèi)部系統(tǒng)和元器件與外界隔 離屏蔽技術(shù)

30、 使用金屬屏蔽外殼，防止大的ESD電流沖擊內(nèi)部電路 n電氣隔離技術(shù) PCB板上安裝光耦合器或者變壓器(電源)、光纖/無(wú) 線和紅外線(信號(hào)通路) ，實(shí)現(xiàn)電氣隔離 n使用ESD泄放回路、RC網(wǎng)絡(luò)、外接ESD保護(hù)器件、合 理的PCB板布局布線 外部保護(hù)電路外部保護(hù)電路 也是Latchup的抑制措施 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 69 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) n外接保護(hù)器件須具有的特性 極快的響應(yīng)時(shí)間 低的箝位電壓 能泄放大的ESD電流 能承受ESD的重復(fù)作用而不受破壞 反向漏電流小 尺寸小 外部保護(hù)電路外部保護(hù)電路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-

31、靜電與閂鎖失效案例 70 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) n減小外接ESD保護(hù)器件的電容 采用外接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題采用外接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 71 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) n優(yōu)化保護(hù)器件的布局 采用外接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題采用外接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題 減少ESD脈沖、浪涌進(jìn)入點(diǎn)與保護(hù)器件之間的寄生電感 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 72 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) n優(yōu)化ESD保護(hù)器件的布局 采用外接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題采用外

32、接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題 避免電源端上的電感 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 73 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) 采用外接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題采用外接保護(hù)電路需注意的幾個(gè)問(wèn)題 a) 高壓小電流，保護(hù)能力不強(qiáng) b) 低壓大電流，保護(hù)能力強(qiáng) 用TVS保護(hù)交流變壓器時(shí)，應(yīng)選擇在變壓器的低壓次級(jí)進(jìn)行保護(hù) 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 74 靜電和靜電和LatchLatchupup保護(hù)保護(hù) ESDESD環(huán)境控制環(huán)境控制 n1 地面防靜電 n2 工位防靜電連接 n3 接地電阻40ohms n4 溫度控制：2030，濕度3070 n5

33、電離器，正負(fù)離子風(fēng) n6 人體靜電防護(hù) n7 包裝采用防靜電袋，防靜電盒，防靜電箱等。 n8 特別注意：SMT料帶的蓋帶（Cover Taper）， 達(dá)不到理想防靜電阻抗（1058ohms）SMT接料膠片 不防靜電，棉纖的包裝帶不防靜電，鋼刷擦拭布不 防靜電。其動(dòng)態(tài)電壓的產(chǎn)生低則數(shù)千伏，高則達(dá)數(shù) 萬(wàn)伏。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-靜電與閂鎖失效案例 75 過(guò)電損傷失效過(guò)電損傷失效 場(chǎng)致?lián)舸﹫?chǎng)致?lián)舸?熱致?lián)舸嶂聯(lián)舸?失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 76 n外部所施加的電應(yīng)力超過(guò)產(chǎn)品的承受能力而導(dǎo)致產(chǎn)品失效 n電子元器件都在其參數(shù)指標(biāo)中設(shè)定了使用時(shí)所能承受的最 大應(yīng)力，包括最高工作

34、環(huán)境溫度或殼溫，最大額定功率，最 大工作電壓、電流、峰值電壓，最大輸入、輸出電流/ /電壓等。 如果在使用時(shí)所加的電應(yīng)力超過(guò)了元器件規(guī)定的最大應(yīng)力 （非產(chǎn)品規(guī)定的極限參數(shù)，如最大電流），即使是瞬間超過(guò)， 也將造成電子元器件的損傷，這種電應(yīng)力就稱為過(guò)電應(yīng)力， 其造成的損傷主要表現(xiàn)為元器件性能嚴(yán)重劣化或失去功能。 過(guò)電應(yīng)力通常分為過(guò)壓應(yīng)力和過(guò)流應(yīng)力。在過(guò)電應(yīng)力作用下， 電子元器件局部形成熱點(diǎn)，當(dāng)局部熱點(diǎn)溫度達(dá)到材料熔點(diǎn)時(shí) 使材料熔化，形成開(kāi)路或短路，導(dǎo)致元器件燒毀。 n過(guò)電應(yīng)力的作用機(jī)理有兩種：熱致失效和場(chǎng)致失效。 過(guò)電損傷：過(guò)電損傷： 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 77 常

35、見(jiàn)的過(guò)電：常見(jiàn)的過(guò)電： 雷電，交流電源（市電）中的噪聲，電源開(kāi)機(jī)的沖擊，電感類 （如電機(jī)、電磁鐵、接觸器、繼電器、電感濾波器等）斷電時(shí)產(chǎn) 生的感應(yīng)電壓。浪涌電壓大于產(chǎn)品所能承受的電壓，引起產(chǎn)品發(fā) 生場(chǎng)致失效。 外部引入的浪涌電壓通常難以捕捉。 本機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)生的浪涌電壓通常發(fā)生在電源開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)瞬間，以 及各種具有電感性質(zhì)的零部件電流突然關(guān)閉電流的過(guò)程，通過(guò)示 波器單次觸發(fā)的形式通?？刹蹲降嚼擞侩妷?。 大能量的浪涌電壓的失效特征非常明顯；小能量的浪涌電壓酷似 靜電，其失效特征難以與靜電損傷做出界定，通常需要通過(guò)浪涌 電壓、靜電產(chǎn)生的可能性，以及產(chǎn)品抗靜電損傷能力的評(píng)估做出 偏向性的界定。 半導(dǎo)體器

36、件（二極管、三極管、光電器件、可控硅等）、集成電 路、小容量電容器對(duì)浪涌電壓敏感，尤其是高頻器件，MOSMOS電容器 對(duì)浪涌電壓極其敏感。電感器、電阻器、連接器、繼電器、接觸 器等對(duì)浪涌電壓敏感性比較低。 n浪涌電壓 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 78 常見(jiàn)的過(guò)電：常見(jiàn)的過(guò)電： 通過(guò)產(chǎn)品的短時(shí)間大電流超過(guò)其最大承受能力。 外部引起的浪涌電流從產(chǎn)品（器件）的輸出端引入，即從 產(chǎn)品（器件）的負(fù)載引入，由于負(fù)載短時(shí)間等效阻抗的顯 著下降而引起產(chǎn)品出現(xiàn)浪涌電流失效，如電機(jī)啟動(dòng)的大電 流引起保險(xiǎn)絲過(guò)流失效，輸出短路引起輸出管過(guò)流失效。 本機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的浪涌電流通常發(fā)生在電源開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)

37、瞬間 的電流沖擊，電容0 0電壓充電、大電壓放電，推挽工作的晶 體管同時(shí)導(dǎo)通，等。 由于浪涌電壓失效過(guò)程通常伴隨浪涌電流，但屬于浪涌電 壓的后果，通常歸類在浪涌電壓。 浪涌電流失效主要發(fā)生在電容器充電回路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路、 以及由于設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的內(nèi)部回路短時(shí)間內(nèi)短路。但浪涌 電流失效比較少見(jiàn)。 n浪涌電流 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 79 常見(jiàn)的過(guò)電：常見(jiàn)的過(guò)電： 產(chǎn)品承受超過(guò)其最大可承受的電壓。 過(guò)電壓主要有交流電源（市電）電壓波動(dòng)，直流電 源電壓波動(dòng)，電路部件產(chǎn)生的高電壓（包括浪涌電 壓），所使用的元器件（部件）耐壓值不足，或由于 設(shè)計(jì)考慮不周引起元器件（部件）過(guò)壓，

38、如串聯(lián)回路 中的有源器件的等效內(nèi)阻不同、分壓不同而引起其中 一只過(guò)壓。 過(guò)壓失效主要是浪涌電壓失效。其次是設(shè)計(jì)中對(duì)電 路可能出現(xiàn)的高電壓考慮不足引起的過(guò)壓失效。另外， 電源電壓波動(dòng)，輸入和輸出端電壓失配也可見(jiàn)失效的 案例。 n過(guò)電壓 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 80 常見(jiàn)的過(guò)電：常見(jiàn)的過(guò)電： 產(chǎn)品承受超過(guò)其最大可承受的電流、功率（非產(chǎn)品規(guī)范中 的最大電流值）。 產(chǎn)品電流、功率指標(biāo)是一個(gè)與壽命相關(guān)的參數(shù)，小于或等 于產(chǎn)品規(guī)定的電流工作、功率，才能保證產(chǎn)品的應(yīng)有的壽命 指標(biāo)，大于產(chǎn)品規(guī)定的電流、功率工作，產(chǎn)品并非立即失效， 但其壽命將有所縮短。 可見(jiàn)，工作電流、功率主要屬于

39、退化引力的性質(zhì)，但當(dāng)電 流、功率增大到引起元器件內(nèi)部局部溫度達(dá)到熔融或合金， 電流、功率將成為失效應(yīng)力。顯然，電流、功率作為失效應(yīng) 力與產(chǎn)品的工作溫度密切相關(guān)，散熱良好，引起產(chǎn)品失效的 電流、功率要大得多。 電流和功率有所不同，功率大，產(chǎn)品的溫升大，但電流大， 功率可以不大，但由于電流分布的問(wèn)題，電流密度大的部位 已經(jīng)出現(xiàn)熱致失效，而產(chǎn)品還沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)功率的問(wèn)題。 n過(guò)電流和過(guò)功率 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 81 常見(jiàn)的過(guò)電：常見(jiàn)的過(guò)電： 電流失效與功率失效均為熱致失效，但在不同類別的元器 件上兩者有本質(zhì)區(qū)別，如電阻器的熱功率=IV=I=IV=I2 2R R，其熱功 率

40、僅由I I決定，而三極管熱功率=IV=IV，I I和V V不相關(guān)，I I完全在 產(chǎn)品規(guī)范以內(nèi)，但I(xiàn)VIV超過(guò)其最大承受能力；I I超過(guò)其承受能 力，但I(xiàn)VIV在其承受能力范圍內(nèi)。 過(guò)電流、功率失效通常發(fā)生在電流驅(qū)動(dòng)、輸出回路，如整 流二極管、濾波電解電容器，尤其是鉭電解電容器，放大 器輸出管，各種控制、驅(qū)動(dòng)器的輸出部件，各種能量輸出 及傳輸部件。 數(shù)字集成電路、電壓信號(hào)放大電路、微電流工作的元器件 交少出現(xiàn)過(guò)電流失效。 n過(guò)功率 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 82 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 供電電源浪涌電壓引 起DCDC脈沖調(diào)制器 （IC）過(guò)電壓擊穿 失效分析經(jīng)典案例失

41、效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 83 DC/DCMGDSDC/DCMGDS10JC10JC（法國(guó)特色）（法國(guó)特色） 輸出端引入過(guò)電壓:過(guò)流或 過(guò)功率引起二極管短路 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿：失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 84 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： DC/DCDC/DC（電源類）過(guò)電壓可能：（電源類）過(guò)電壓可能： 輸入電源浪涌或波動(dòng) DC/DCDC/DC設(shè)計(jì)不良，內(nèi)部電感產(chǎn)生大峰值電 壓 DC/DCDC/DC絕緣、耐壓測(cè)試過(guò)程引入過(guò)電壓擊 穿 DC/DCDC/DC負(fù)載存在大電壓 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 85 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： I

42、C浪涌電壓擊穿 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 86 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列XCS30XL 工程失效 P102端口網(wǎng)絡(luò)過(guò)壓擊穿，擊穿形 成的短路通路導(dǎo)致端口金屬化連 線過(guò)電燒毀 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 87 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： XCS30XL工程失效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 88 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： XCS30XL浪涌試驗(yàn)失效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 89 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： XCS30XLXCS30XL分析啟發(fā)分析啟發(fā) 失效分析經(jīng)典案例失效分析

43、經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 90 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 控制措施：控制措施： 通信接口通信接口ICIC端口保護(hù)措施：端口保護(hù)措施： 數(shù)據(jù)傳輸線最容易產(chǎn)生浪涌電壓，傳輸線越長(zhǎng)，出現(xiàn)浪 涌電壓的機(jī)會(huì)越大。 浪涌電壓通常來(lái)自雷擊、傳輸線路感應(yīng)、線路漏電等。 485485之類的接口芯片，其數(shù)據(jù)端口自身通常已經(jīng)安排了 端口保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，但其保護(hù)能力受到芯片面積的限制，往 往需要外部保護(hù)才能有效預(yù)防傳輸線的浪涌電壓。 長(zhǎng)線傳輸?shù)腎CIC端口外部（電路上）一定要加強(qiáng)浪涌電壓 的釋放能力。通常使用瞬變二極管釋放浪涌能量。另外， 傳輸線路的屏蔽，以及采用專用的數(shù)據(jù)傳輸線可降低線 路受外界干擾而產(chǎn)生浪涌電壓（脈

44、沖電壓）。并確保有 良好的接地。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 91 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 可控硅可控硅電壓擊穿例電壓擊穿例 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 92 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 可控硅可控硅電壓擊穿例電壓擊穿例 其他案例 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 93 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 馬達(dá)關(guān)時(shí)，產(chǎn)生大于 100V反向電壓，該電 壓通過(guò)管子SG及S D，引起SG或SD擊 穿而失效 馬達(dá)產(chǎn)生的 反向電壓 產(chǎn)品外觀產(chǎn)品外觀 樣品外觀 芯片全貌 FAFA案例電案例電 路中脈沖電路中脈沖電 壓引起失效壓引起失效 失效分析

45、經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 94 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： nDSP多組電源：1.5V、3V、5V等，加電的先 后，可引起DSP啟動(dòng)不正常 n高頻電路（射頻、微波）電源切換時(shí)刻的不 同可引起功率放大器過(guò)功率燒毀 n載體靜電可發(fā)生大能量的放電（設(shè)備吊裝至 輪船，火箭殼體在大氣層中的摩擦產(chǎn)生強(qiáng)靜電 等） 特殊過(guò)電特殊過(guò)電 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 95 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 電流極限應(yīng)力的失效（熱致）電流極限應(yīng)力的失效（熱致） 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 96 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 電流極限應(yīng)力的失效（熱致）電流極限應(yīng)

46、力的失效（熱致） 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 97 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 電流極限應(yīng)力的失效（熱致）電流極限應(yīng)力的失效（熱致） 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 98 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 電流極限應(yīng)力的失效（熱致）電流極限應(yīng)力的失效（熱致） 常見(jiàn)電流極限應(yīng)力失效主要有： n外部因素 電源負(fù)載過(guò)載（甚至短路） 放大器輸出過(guò)載 n內(nèi)部因素 電路部件選用不當(dāng)（-保險(xiǎn)絲） 設(shè)計(jì)缺陷（存在大電流可能，存在熱問(wèn)題-IGBT-IGBT） 限流或過(guò)流保護(hù)措施（-鉭電容器濾波） 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 99 浪涌電壓擊穿浪涌電壓

47、擊穿：失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 100 浪涌電壓擊穿浪涌電壓擊穿： 控制措施：控制措施： 這是試驗(yàn)設(shè)備（高溫箱）帶電，引起試驗(yàn)樣品 失效的實(shí)例， 告誡： 一定要落實(shí)試驗(yàn)設(shè)備的接地狀態(tài)。 試驗(yàn)過(guò)程可能引入多種機(jī)理的失效，如人體靜 電放電，機(jī)器靜電放電，漏電等，還有試驗(yàn)過(guò)程 中的機(jī)械應(yīng)力，腐蝕作用，等等。必須嚴(yán)格遵守 試驗(yàn)規(guī)程，切勿大意！ “控制不嚴(yán)格的應(yīng)力試驗(yàn)篩選”所引入的潛在 損傷，往往比篩選剔除的早期失效品還要多。 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-過(guò)電損傷過(guò)電損傷 101 外部機(jī)械應(yīng)力損傷外部機(jī)械應(yīng)力損傷 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 102 失效分析經(jīng)典案例

48、失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 外部機(jī)械應(yīng)力損傷是常見(jiàn)的失效外部機(jī)械應(yīng)力損傷是常見(jiàn)的失效 n元器件內(nèi)部的機(jī)械損傷 內(nèi)部微裂紋 內(nèi)部劃、刮、檫、碰等機(jī)械損傷 芯片劃片引入的機(jī)械損傷 芯片健合損傷（彈坑） 等等，這是元器件缺陷，可通過(guò)DPADPA、CACA等技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià) n外部因素引起的機(jī)械應(yīng)力損傷 結(jié)構(gòu)不合理引起的應(yīng)機(jī)械力 外部機(jī)械作用力 熱失配引起不同材料界面的機(jī)械應(yīng)力 安裝機(jī)械應(yīng)力 引腳成形不當(dāng)引起的靜態(tài)揭曉應(yīng)力 外部振動(dòng)應(yīng)力 103 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 外部機(jī)械應(yīng)力：PCB銅箔斷裂 104 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 外部機(jī)械應(yīng)力：PCB銅箔斷裂

49、105 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 可插拔結(jié)構(gòu)插拔的次數(shù)越多，損傷的機(jī)會(huì)越多 可插拔結(jié)構(gòu)插拔的板越大，機(jī)械損傷的可能越大 多次拆卸、安裝的結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)機(jī)械損傷 PCBAPCBA傳遞、安裝、使用過(guò)程變形，容易引起元器 件出現(xiàn)機(jī)械損傷 顯然，機(jī)殼變形，元器件一樣容易出現(xiàn)機(jī)械損傷 106 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 裝配機(jī)械應(yīng)力引起芯片破裂裝配機(jī)械應(yīng)力引起芯片破裂 樣品與散熱器通過(guò)螺絲緊固，螺絲 扭力過(guò)大引起芯片基座變形，導(dǎo)致 芯片破裂失效。 107 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 安裝機(jī)械應(yīng)力安裝機(jī)械應(yīng)力 108 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外

50、部解析應(yīng)力 安裝機(jī)械應(yīng)力安裝機(jī)械應(yīng)力 109 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 安裝機(jī)械應(yīng)力安裝機(jī)械應(yīng)力 溫沖、高低溫循環(huán)、 振動(dòng)等篩選試驗(yàn)。 110 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例外部解析應(yīng)力 底座機(jī)械應(yīng)力引起芯片裂 111 裝配結(jié)構(gòu)缺陷裝配結(jié)構(gòu)缺陷 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 112 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-裝配結(jié)構(gòu)缺陷 113 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-裝配結(jié)構(gòu)缺陷 安裝結(jié)構(gòu)不合理安裝結(jié)構(gòu)不合理 器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理 引起燒結(jié)難控制 114 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-裝配結(jié)構(gòu)缺陷 安裝結(jié)構(gòu)不合理安裝結(jié)構(gòu)不合理 繼電器 115 失效分析經(jīng)典案例失

51、效分析經(jīng)典案例-裝配結(jié)構(gòu)缺陷 安裝機(jī)械應(yīng)力安裝機(jī)械應(yīng)力 n安裝引起的機(jī)械引力損傷也是常見(jiàn)的機(jī)械損傷 n通常發(fā)生在兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的機(jī)械支撐、固定、機(jī) 械連接、散熱連接、大電流連接 n尤其是發(fā)熱部件的散熱連接：為了散熱良好而施 加更大的力，因此而出現(xiàn)靜態(tài)機(jī)械應(yīng)力甚至變形 n尤其要注意多層陶瓷電容器、玻封二極管是機(jī)械 引力非常敏感的元件： 對(duì)板變形的機(jī)械應(yīng)力非常敏感 對(duì)焊接熱變機(jī)械應(yīng)力非常敏感 不合適的焊盤(pán) 不合適的焊接溫度、焊接時(shí)間 多次焊接，多部件共用一個(gè)焊接點(diǎn) 116 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例 117 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失

52、效 n熱應(yīng)力失效是指由于外部高溫而引起的失效，也包括溫度 變化引起的失效。通常指熱變引起的機(jī)械應(yīng)力。 n熱變機(jī)械應(yīng)力最敏感的元器件是：塑料封裝集成電路和多 層陶瓷元件（多層陶瓷電容器和多層陶瓷電感器等）。 n熱變應(yīng)力的作用機(jī)理有多種：界面剪切力、”爆米花”、 多層陶瓷元器件焊接熱應(yīng)力等。 n界面剪切力：高溫或溫度變化，元器件中不同材料熱脹冷 縮系數(shù)不同，引起材料不同的伸縮長(zhǎng)度不同，因此，在界面 之間產(chǎn)生剪切力。通常發(fā)生在塑封ICIC的內(nèi)部界面。這是材料 問(wèn)題，使用過(guò)程非常難克服。 n爆米花：塑封元器件塑封材料內(nèi)的水和水汽在高溫下氣化、 膨脹，使塑封料與金屬框架、塑料與芯片間發(fā)生分層效應(yīng)， 拉斷

53、鍵合絲，損傷芯片，從而發(fā)生開(kāi)路失效。通常發(fā)生在塑 封ICIC的內(nèi)部界面。根本原因是水，可在焊接前作適當(dāng)?shù)奶幚?進(jìn)行有效的控制。 118 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 n溫度變化引起元器件內(nèi)部殘存機(jī)械應(yīng)力，在元器件使用過(guò)程 出現(xiàn)失效。 n多層陶瓷元器件焊接熱應(yīng)力失效：多層陶瓷電容器、電感器、 延遲線等無(wú)源元件焊點(diǎn)焊接過(guò)程中，焊點(diǎn)溫度變化而導(dǎo)致破裂。 nPCBA爆板：回流焊接過(guò)程溫度的急劇上升，引起PCB內(nèi)部 水氣化膨脹，使PCB內(nèi)部發(fā)生分層。與“爆米花”的機(jī)理相同。 n元器件壽命過(guò)程中，回流焊接的熱變應(yīng)力最強(qiáng)，通常熱變應(yīng) 力引起的失效主要發(fā)生在PCBA的焊接

54、過(guò)程。在使用過(guò)程中也 有熱變應(yīng)力的作用，但主要表現(xiàn)為界面剪切力，和熱疲勞，屬 于退化應(yīng)力，如塑封器件的界面剪切，焊點(diǎn)的疲勞等。 119 塑料封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖塑料封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 120 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效1 11 1 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 121 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效1 12 2 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 122 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效2 21 1 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 123 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效2 22 2 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 124 熱應(yīng)力失效熱

55、應(yīng)力失效2 23 3 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 125 回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 BGA封裝 內(nèi)部芯片倒裝 端口大量短路 電源之間短路 126 回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 127 回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 128 回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典

56、案例-熱應(yīng)力失效 129 回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 130 回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 131 回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路回流焊接高溫引起倒裝芯片的焊球短路 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 132 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效3 31 1 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 靠近金絲鍵合點(diǎn)， 位于芯片邊緣，具有 機(jī)械破裂的形貌特征 133 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效3 32 2 失效分析經(jīng)典案例失效分

57、析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 熱變應(yīng)力 機(jī)械應(yīng)力 誰(shuí)先？ 誰(shuí)后？ 134 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效3 33 3 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 芯片面線狀 分布過(guò)熱點(diǎn) 熱點(diǎn)放大形貌 135 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效3 34 4 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 塑料面線狀分布過(guò)熱點(diǎn) 136 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效3 35 5 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 137 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效3 36 6 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 n驗(yàn)證 自動(dòng)生產(chǎn)線裝配的板，失效消除 n啟示 布線多層多、芯片面積大的IC，對(duì)熱變 應(yīng)力敏感； “新”IC：既要功能驗(yàn)證，也要可

58、靠性 評(píng)價(jià)；（可靠性評(píng)價(jià)：耐焊接熱；ESD水 平，抗閂鎖能力） 138 熱應(yīng)力失效熱應(yīng)力失效封裝界面分層啟示封裝界面分層啟示 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 n界面分層是塑料封裝器件常見(jiàn)的失效 n水氣侵蝕更易導(dǎo)致塑料封裝器件界面分離 n焊接熱應(yīng)力是界面分層的主要應(yīng)力，尤其是無(wú) 鉛焊接。 n必須重視塑料封裝器件的耐焊接熱評(píng)價(jià)（可參 考IPC相關(guān)評(píng)價(jià)規(guī)定） nCSCAN、XRAY是界面分析的有效手段 139 PCBAPCBA爆板爆板 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 140 PCBAPCBA爆板爆板 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 爆板分層存在外層粘結(jié)材料與

59、內(nèi)層芯板 之間、芯板內(nèi)部存在分離 141 PCBAPCBA爆板爆板 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 熱應(yīng)力試驗(yàn)預(yù)處理：在110烘箱中分別烘烤6小時(shí)及24小時(shí)； 通過(guò)試驗(yàn)后的外觀檢查發(fā)現(xiàn)未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的PCB樣品3個(gè)測(cè)試 樣中均發(fā)生明顯的爆板失效，而經(jīng)過(guò)6小時(shí)的預(yù)處理的PCB樣 品同樣存在爆板失效，而經(jīng)過(guò)24小時(shí)的預(yù)處理的PCB樣品未 發(fā)生爆板失效。 板內(nèi)潮氣是導(dǎo)致PCB板發(fā)生爆板失效的原因 142 PCBAPCBA爆板爆板 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 失效現(xiàn)象：波峰焊接后存在爆板 143 PCBAPCBA爆板爆板 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 起泡

60、分層均發(fā)生在PCB外層，在起 泡分層最嚴(yán)重的中心區(qū)域的內(nèi)層銅 棕化面上幾乎無(wú)樹(shù)脂粘附，粘接材 料的底面樹(shù)脂斷面較平整，說(shuō)明在 層壓之后，此處的樹(shù)脂與內(nèi)層銅沒(méi) 有粘接在一起形成一個(gè)整體 144 PCBAPCBA爆板爆板 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 泡分層均發(fā)生在內(nèi)層銅的棕化面與外層粘接材料的樹(shù) 脂之間，內(nèi)層銅棕化面上無(wú)樹(shù)脂粘附，表面顏色發(fā)紅 而非良好的深棕色，而相對(duì)應(yīng)部位的樹(shù)脂面很平整 145 PCBAPCBA爆板爆板 失效分析經(jīng)典案例失效分析經(jīng)典案例-熱應(yīng)力失效 n金相切片：結(jié)果顯示起泡分層均發(fā)生在PCB外層，起泡分層最嚴(yán)重 的中心區(qū)域的內(nèi)層銅棕化面上幾乎無(wú)樹(shù)脂粘附，粘接材料