電子元器件失效性分析報告文案.doc

1、電子元器件失效分析技術(shù)第一講 失效物理的概念失效的概念失效定義1 特性劇烈或緩慢變化2 不能正常工作失效種類1 致命性失效：如過電應(yīng)力損傷2 緩慢退化：如 MESFET的IDSS下降3 間歇失效：如塑封器件隨溫度變化間歇失效失效物理的概念定義：研究電子元器件失效機理的學(xué)科失效物理與器件物理的區(qū)別失效物理的用途失效物理的定義定義：研究電子元器件失效機理的學(xué)科失效機理：失效的物理化學(xué)根源舉例：金屬電遷移金屬電遷移失效模式：金屬互連線電阻值增大或開路失效機理：電子風(fēng)效應(yīng)產(chǎn)生條件：電流密度大于 10E5A/cm2 高溫糾正措施：高溫淀積，增加鋁顆粒直徑，摻銅，降低工作溫度，減少階梯，銅互連、平面化工藝

2、失效物理與器件物理的區(qū)別撤銷應(yīng)力后電特性的可恢復(fù)性時間性失效物理的用途1 失效分析：確定產(chǎn)品的失效模式、失效機理，提出糾正措施，防止失效重復(fù)出現(xiàn)2 可靠性評價：根據(jù)失效物理模型，確定模擬試驗方法，評價產(chǎn)品的可靠性可靠性評價的主要內(nèi)容產(chǎn)品抗各種應(yīng)力的能力產(chǎn)品平均壽命失效物理模型應(yīng)力強度模型失效原因：應(yīng)力 >強度強度隨時間緩慢減小如: 過電應(yīng)力（ EOS）、靜電放電（靜電放電 ESD）、閂鎖（ latch up)應(yīng)力時間模型（反應(yīng)論模型）失效原因：應(yīng)力的時間累積效應(yīng)，特性變化超差。如金屬電遷移、腐蝕、熱疲勞應(yīng)力強度模型的應(yīng)用器件抗靜電放電（ ESD）能力的測試溫度應(yīng)力時間模型dMEAe -

3、kTdtT高，反應(yīng)速率大，壽命短E大，反應(yīng)速率小，壽命長溫度應(yīng)力的時間累積效應(yīng)EM t - M 0-Ae kT( - t0 )t失效原因：溫度應(yīng)力的時間累積效應(yīng)，特性變化超差與力學(xué)公式類比dMAe-EdvFkTdtdtmEM t - M 0-Ae kT ( - t0 )tmvt - mv0F ( - tt 0)失效物理模型小結(jié)應(yīng)力強度模型與斷裂力學(xué)模型相似，不考慮激活能和時間效應(yīng)，適用于偶然失效和致命性失效，失效過程短，特性變化快，屬劇烈變化，失效現(xiàn)象明顯應(yīng)力時間模型（反應(yīng)論模型）與牛頓力學(xué)模型相似，考慮激活能和時間效應(yīng)，適用于緩慢退化，失效現(xiàn)象不明顯應(yīng)力時間模型的應(yīng)用：預(yù)計元器件平均壽命1求

4、激活能 ELn L2LA exp(lnLBlnL1BlnL 2BEkTEkTEkTEkT)12Ln L1B1/T11/T2預(yù)計平均壽命的方法2 求加速系數(shù) FELEexp(L 2A2kTAexp()kT2LA exp(E)1EkTLA exp(1L)1FE112exp( (-)kTL 1kT 1T12FL2exp(E(1- 1)L1kT2T1設(shè)定高溫為 T1, 低溫為 T2, 可求出 F預(yù)計平均壽命的方法由高溫壽命 L1推算常溫壽命 L2F=L2/L1對指數(shù)分布L1=MTTF=1/失效率失效率試驗時間內(nèi)失效的元件數(shù)初始時間未失效元件數(shù)試驗時間溫度應(yīng)力時間模型的簡化：十度法則內(nèi)容：從室溫算起，溫

5、度每升高 10度，壽命減半。應(yīng)用舉例：推算鋁電解電容壽命105C，壽命壽 1000h（標(biāo)稱值）55C,壽命 1000X2E5=32000h35C，壽命 1000X2E7=128000h=128000/365/24=14.81 年小結(jié)失效物理的定義：研究電子元器件失效機理的學(xué)科失效物理的用途：1 失效分析：確定產(chǎn)品的失效模式、失效機理，提出糾正措施，防止失效重復(fù)出現(xiàn)2 可靠性評價：根據(jù)失效物理模型，確定模擬試驗方法，評價產(chǎn)品的可靠性第二講阻容元件失效機理電容器的失效機理電解電容鉭電容陶瓷電容薄膜電容電解電容的概況重要性：多用于電源濾波，一旦短路，后果嚴重優(yōu)點：電容量大，價格低缺點：壽命短，漏電流

6、大，易燃延長壽命的方法：降溫使用，選用標(biāo)稱溫度高的產(chǎn)品電解電容的標(biāo)稱溫度與壽命的關(guān)系標(biāo)稱溫度（）標(biāo)稱溫度壽命（ h)1000工作溫度（）工作溫度壽命 (h)1000X2E785125105100010003535351000X2E51000X2E9320001280009120003.65 年14.6年59.26 年電解電容的失效機理和改進措施漏液：電容減小陽極氧化膜損傷難以修補，漏電流增大。短路放電：大電流燒壞電極電源反接：大電流燒壞電極，陰極氧化，絕緣膜增厚，電容量下降長期放置：不通電，陽極氧化膜損傷難以修補，漏電流增大。PDF created with pdfFactory Pro tr

7、ial version 電解電容的陽極修復(fù)功能Al OHPDF created with pdfFactory Pro trial version 改進措施降溫使用，不做短路放電，電源不反接，經(jīng)常通電PDF created with pdfFactory Pro trial version 固體鉭電容過流燒毀正負極反接PDF created with pdfFactory Pro trial version 陶瓷電容電路板彎曲引起芯片斷裂，漏電流增大PDF created with pdfFactory Pro trial version 陶瓷電容銀遷移引起邊緣漏電和介質(zhì)內(nèi)部漏電PDF cre

8、ated with pdfFactory Pro trial version 第三講微電子器件失效機理PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效模式的概念和種類失效的表現(xiàn)形式叫失效模式按電測結(jié)果分類：開路、短路或漏電、參數(shù)漂移、功能失效PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效機理的概念失效的物理化學(xué)根源叫失效機理。例如開路的可能失效機理：過電燒毀、靜電損傷、金屬電遷移、金屬的電化學(xué)腐蝕、壓焊點脫落、 CMCMOS電路的閂鎖效應(yīng)漏電和短路的可能失效機理：顆粒引發(fā)短路、介質(zhì)擊穿、 pn微等

9、離子擊穿、 Si-Al 互熔PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效機理的概念（續(xù)）參數(shù)漂移的可能失效機理：封裝內(nèi)水汽凝結(jié)、介質(zhì)的離子沾污、歐姆接觸退化、金屬電遷移、輻射損傷PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效機理的內(nèi)容失效模式與材料、設(shè)計、工藝的關(guān)系失效模式與環(huán)境應(yīng)力的關(guān)系環(huán)境應(yīng)力包括：過電、溫度、濕度、機械應(yīng)力、靜電、重復(fù)應(yīng)力失效模式與時間的關(guān)系PDF created with pdfFactory Pro trial version 水汽對電子元器件的影響電參數(shù)漂移外引線腐

10、蝕金屬化腐蝕金屬半導(dǎo)體接觸退化PDF created with pdfFactory Pro trial version 輻射對電子元器件的影響參數(shù)漂移、軟失效例： n溝道 MOS器件閾值電壓減小PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效應(yīng)力與失效模式的相關(guān)性過電： pn結(jié)燒毀、電源內(nèi)引線燒毀、電源金屬化燒毀靜電： MOS器件氧化層擊穿、輸入保護電路潛在損傷或燒毀熱：鍵合失效、 Al-Si 互溶、 pn結(jié)漏電熱電：金屬電遷移、歐姆接觸退化高低溫：芯片斷裂、芯片粘接失效低溫：芯片斷裂PDF created with pdfFactory Pr

11、o trial version 失效發(fā)生期與失效機理的關(guān)系早期失效：設(shè)計失誤、工藝缺陷、材料缺陷、篩選不充分隨機失效：靜電損傷、過電損傷磨損失效：元器件老化隨機失效有突發(fā)性和明顯性早期失效、磨損失效有時間性和隱蔽性PDF created with pdfFactory Pro trial version 第四講失效分析技術(shù)PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效分析的作用確定引起失效的責(zé)任方（用應(yīng)力強度模型說明）確定失效原因為實施整改措施提供確鑿的證據(jù)PDF created with pdfFactory Pro trial versio

12、n 舉例說明：失效分析的概念和作用某EPROM使用后無讀寫功能失效模式：電源對地的待機電流下降失效部位：部分電源內(nèi)引線熔斷失效機理：閂鎖效應(yīng)確定失效責(zé)任方：模擬試驗改進措施建議：改善供電電網(wǎng)，加保護電路PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效分析的受益者元器件廠：獲得改進產(chǎn)品設(shè)計和工藝的依據(jù)整機廠：獲得索賠、改變元器件供貨商、改進電路設(shè)計、改進電路板制造工藝、提高測試技術(shù)、設(shè)計保護電路的依據(jù)整機用戶：獲得改進操作環(huán)境和操作規(guī)程的依據(jù)提高產(chǎn)品成品率和可靠性，樹立企業(yè)形象，提高產(chǎn)品競爭力PDF created with pdfFactory

13、Pro trial version 失效分析技術(shù)的延伸進貨分析的作用：選擇優(yōu)質(zhì)的供貨渠道，防止假冒偽劣元器件進入整機生產(chǎn)線良品分析的作用：學(xué)習(xí)先進技術(shù)的捷徑破壞性物理分析（ DPA）：失效前的物理分析PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效分析的一般程序收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)電測并確定失效模式非破壞檢查打開封裝鏡檢通電并進行失效定位對失效部位進行物理化學(xué)分析，確定失效機理綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施PDF created with pdfFactory Pro trial version 收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)作用：根據(jù)失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)估計失效原

14、因和失效責(zé)任方根據(jù)失效環(huán)境：潮濕、輻射根據(jù)失效應(yīng)力：過電、靜電、高溫、低溫、高低溫根據(jù)失效發(fā)生期 : 早期、隨機、磨損失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)的內(nèi)容PDF created with pdfFactory Pro trial version 水汽對電子元器件的影響電參數(shù)漂移外引線腐蝕金屬化腐蝕金屬半導(dǎo)體接觸退化PDF created with pdfFactory Pro trial version 輻射對電子元器件的影響參數(shù)漂移、軟失效例： n溝道 MOS器件閾值電壓減小PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效應(yīng)力與失效模式的相關(guān)性過電： pn結(jié)燒毀

15、、電源內(nèi)引線燒毀、電源金屬化燒毀靜電： MOS器件氧化層擊穿、輸入保護電路潛在損傷或燒毀熱：鍵合失效、 Al-Si 互溶、 pn結(jié)漏電熱電：金屬電遷移、歐姆接觸退化高低溫：芯片斷裂、芯片粘接失效低溫：芯片斷裂PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效發(fā)生期與失效機理的關(guān)系早期失效：設(shè)計失誤、工藝缺陷、材料缺陷、篩選不充分隨機失效：靜電損傷、過電損傷磨損失效：元器件老化隨機失效有突發(fā)性和明顯性早期失效、磨損失效有時間性和隱蔽性PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效發(fā)生期與失效率失效率

16、試驗時間內(nèi)失效的元件 數(shù)試驗初始的元件數(shù) 試驗時間失早期效磨損率隨機時間PDF created with pdfFactory Pro trial version 以失效分析為目的的電測技術(shù)電測在失效分析中的作用重現(xiàn)失效現(xiàn)象，確定失效模式，縮小故障隔離區(qū)，確定失效定位的激勵條件，為進行信號尋跡法失效定位創(chuàng)造條件電測的種類和相關(guān)性連接性失效、電參數(shù)失效和功能失效PDF created with pdfFactory Pro trial version 電子元器件失效分析的簡單實用測試技術(shù)（一）連接性測試：萬用表測量各管腳對地端/ 電源端 / 另一管腳的電阻，可發(fā)現(xiàn)開路、短路和特性退化的管腳。電阻

17、顯著增大或減小說明有金屬化開路或漏電部位。待機 (stand by) 電流測試 : 所有輸入端接地（或電源），所有輸出端開路，測電源端對地端的電流。待機 (stand by) 電流顯著增大說明有漏電失效部位。待機 (stand by) 電流顯著減小說明有開路失效部位。PDF created with pdfFactory Pro trial version 電子元器件失效分析的簡單實用測試技術(shù)（二）各端口對地端 / 電源端的漏電流測試（或I V測試） , 可確定失效管腳。特性異常與否用好壞特性比較法確定。PDF created with pdfFactory Pro trial version

18、 由反向反 I V特性確定失效機理4.50E-024. 00E-023. 50E-02燒斷電源端 1對地?zé)龜嚯娫炊?2對地?zé)龜嚯娫炊?3對地未燒斷電源端對地3. 00E-022. 50E-02A）（ 2.00E-02流電1. 50E-021. 00E-025. 00E-030. 00E+0002468101214-5.00E-03反向電壓（V）PDF created with pdfFactory Pro trial version 由反向反 I V特性確定失效機理直線為電阻特性， pn結(jié)穿釘，屬嚴重 EOS損傷。反向漏電流隨電壓緩慢增大，pn結(jié)受 EOS損傷或 ESD損傷。反向擊穿電壓下降，

19、 pn結(jié)受 EOS損傷或 ESD 損傷。PDF created with pdfFactory Pro trial version 由反向 I V特性確定失效機理反向擊穿電壓不穩(wěn)定：芯片斷裂、芯片受潮PDF created with pdfFactory Pro trial version 烘焙技術(shù)1應(yīng)用范圍：漏電流大或不穩(wěn)定、阻值低或不穩(wěn)定、器件增益低、繼電器接觸電阻大2用途：確定表面或界面受潮和沾污3方法：高溫儲存、高溫反偏PDF created with pdfFactory Pro trial version 清洗技術(shù)應(yīng)用范圍：離子沾污引起的表面漏電用途：定性證明元器件受到表面離子沾污

20、方法：無水乙醇清洗去離子水沖洗（可免去）烘干PDF created with pdfFactory Pro trial version 烘焙和清洗技術(shù)的應(yīng)用舉例PDF created with pdfFactory Pro trial version 烘焙和清洗技術(shù)的應(yīng)用舉例雙極型器件的反向靠背椅特性是鈍化層可動離子沾污的結(jié)果，可用高溫反偏和高溫儲存來證實。PDF created with pdfFactory Pro trial version 失效分析的發(fā)展方向失效定位成為關(guān)鍵技術(shù)非破壞非接觸高空間分辨率高靈敏度PDF created with pdfFactory Pro trial v

21、ersion 無損失效分析技術(shù)無損分析的重要性 ( 從質(zhì)檢和失效分析兩方面考慮 )檢漏技術(shù)X射線透視技術(shù)用途：觀察芯片和內(nèi)引線的完整性反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)用途：觀察芯片粘接的完整性，微裂紋，界面斷層PDF created with pdfFactory Pro trial version 檢漏技術(shù)粗檢：負壓法、氟碳加壓法細檢：氦質(zhì)譜檢漏法PDF created with pdfFactory Pro trial version 負壓法檢漏接機械泵酒精PDF created with pdfFactory Pro trial version 焊點染色法PDF created with pdfF

22、actory Pro trial version 氟碳加壓法F113沸點FC43 沸47.6C點180C加熱至 125CPDF created with pdfFactory Pro trial version X射線透視與反射式聲掃描比較種 類應(yīng)用優(yōu)勢基本原理X射線透視象觀察材料高密度透過材料高密度區(qū)區(qū) 的 完X射線強度衰減整性，如器件內(nèi)引線 斷裂C-SAM 象觀察材料內(nèi)部空超聲波傳播遇空氣隙 ， 如隙受阻反射芯片粘接不良，器件 封裝 不 良樣品制備技術(shù)種類：打開封裝、去鈍化層、去層間介質(zhì)、拋切面技術(shù)、去金屬化層作用：增強可視性和可測試性風(fēng)險及防范：監(jiān)控PDF created with pd

23、fFactory Pro trial version 打開塑料封裝的技術(shù)PDF created with pdfFactory Pro trial version 去鈍化層的技術(shù)濕法：如用 HF：H2O1：1溶液去 SiO 85 HPO3溶液，溫度 160C去 Si 3N4干法： CF4和O2氣體作等離子腐蝕去 SiNx 和聚酰亞胺干濕法對比PDF created with pdfFactory Pro trial version 去層間介質(zhì)作用：多層結(jié)構(gòu)芯片失效分析方法：反應(yīng)離子腐蝕特點：材料選擇性和方向性結(jié)果PDF created with pdfFactory Pro trial ver

24、sion 去金屬化 Al 層技術(shù)作用配方： 30HCl 或 30 H2SO4KOH、NaOH溶液應(yīng)用實例PDF created with pdfFactory Pro trial version 形貌象技術(shù)光學(xué)顯微術(shù)：分辨率 3600A，倍數(shù)倍 1200X景深小，構(gòu)造簡單對多層結(jié)構(gòu)有透明性，可不制樣掃描電子顯微鏡：分辨率50A，倍數(shù) 10萬景深大，構(gòu)造復(fù)雜對多層結(jié)構(gòu)無透明性，需制樣PDF created with pdfFactory Pro trial version 以測量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)紅外熱象技術(shù) 用途：熱分布圖，定熱點光發(fā)射顯微鏡 用途：微漏電點失效定位柵氧化層缺陷， pn結(jié)缺陷，閂鎖效應(yīng)電子束感生電流象 用途： pn結(jié)缺陷PDF created with pdfFactory Pro trial version 單端輸出束感生電流象（EBIC）EBIC的用途：用 SEM觀察 pn結(jié)缺陷傳統(tǒng) EBIC用雙端輸出，每次只能觀察一個結(jié)單端輸出 EBIC可同時觀察芯片所觀察芯片所有pn結(jié)的缺陷，適用于 VVLSI失效分析例某 CMOS電路的 EBICPDF created with pdfFactory Pro trial version 原理P