電子元器件失效分析技術(shù)課件

電子元器件失效分析技術(shù)

FailureAnalysis一、電子元器件失效分析技術(shù)1.1、失效分析的基本概念1.2、失效分析的重要意義1.3、失效分析的一般程序1.4、收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)1.5、以失效分析為目的的電測技術(shù)1.6、無損失效分析技術(shù)1.7、樣品制備技術(shù)1.8、顯微形貌像技術(shù)1.9、以測量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)1.10、以測量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)1.11、電子元器件化學(xué)成份分析技術(shù)1.1失效分析的基本概念目的：確定失效模式和失效機理，提出糾正措施，防止這種失效模式和失效機理重復(fù)出現(xiàn)。失效模式：指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。失效機理：指失效的物理化學(xué)過程，如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力等。典型的閂鎖效應(yīng)電源對地的I－V曲線VI引起漏電和短路失效的主要原因：顆粒引發(fā)短路、介質(zhì)擊穿、PN結(jié)微等離子擊穿、Si－Al互溶Al穿釘VIVI正常PN結(jié)反向曲線微等離子擊穿PN結(jié)反向曲線失效物理模型：1、應(yīng)力－強度模型（適于瞬間失效）失效原因：應(yīng)力>強度例如：過電應(yīng)力（EOS）、靜電放電（ESD）、閂鎖（Latchup）等。2、應(yīng)力－時間模型（適于緩慢退化）失效原因：應(yīng)力的時間積累效應(yīng)，特性變化超差。例如：金屬電遷移、腐蝕、熱疲勞等。3、溫度應(yīng)力－時間模型反應(yīng)速度符合下面的規(guī)律（M是溫度敏感參數(shù)，E是與失效機理有關(guān)的激活能）（﹡十度法則：從室溫開始，每提高10度，壽命減半）積分產(chǎn)品平均壽命的估算BlnL失效分析案例案例1：GaAs微波器件的失效分析，表現(xiàn)為緩慢減小，通過研究金屬－半導(dǎo)體接觸退化的機理，確定了金半接觸處原子互擴散是根本原因，提出了增加阻擋層作為改進措施，通過對比改進前后的可靠性評價，證明了失效分析的有效性。MESFET端面圖半絕緣GaAs襯底SGD導(dǎo)電溝道N＋為最大飽和漏電流＋＋＋＋1.3失效分析的一般程序1、收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)2、電測并確定失效模式3、非破壞性分析4、打開封裝5、鏡檢6、通電激勵芯片7、失效定位8、對失效部位進行物理、化學(xué)分析9、綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施1.4.2收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容失效環(huán)境、失效應(yīng)力、失效發(fā)生期以及失效樣品在失效前后的電測試結(jié)果。失效環(huán)境包括：溫度、濕度、電源環(huán)境、元器件在電路圖上的位置和所受電偏置的情況。失效應(yīng)力包括：電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、機械應(yīng)力、氣候應(yīng)力和輻射應(yīng)力。失效發(fā)生期包括：失效樣品的經(jīng)歷、失效時間處于早期失效、隨機失效或磨損失效。1.5以失效分析為目的的電測技術(shù)電子元器件的電測失效分類：連接性失效（開路、短路、電阻變化等）多數(shù)是ESD和EOS引起的，比例大概50％。電參數(shù)失效（值超出范圍和參數(shù)不穩(wěn)定）例如：電流增益、光電流、暗電流等。功能失效（給定輸入信號，輸出異常）多數(shù)是集成電路。電測的重要結(jié)論：電測失效模式可能多種模式共存。一般只有一個主要失效模式，該失效模式可能引發(fā)其他失效模式。連接性失效，電參數(shù)失效和功能失效呈遞增趨勢，功能失效和電參數(shù)失效時常可以歸結(jié)于連接性失效。在缺少復(fù)雜功能測試設(shè)備時，有可能用簡單的連接性測試和參數(shù)測試，結(jié)合物理失效分析技術(shù)，仍然可以獲得令人滿意的失效分析結(jié)果。1.6無損失效分析技術(shù)定義：不必打開封裝對樣品進行失效定位和失效分析的技術(shù)。無損失效分析技術(shù)：X射線透視技術(shù)和反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（C－SAM）表2、X射線透視技術(shù)和反射式掃描聲學(xué)顯微術(shù)（C－SAM）的比較名稱應(yīng)用優(yōu)勢主要原理X射線透視技術(shù)(X-Ray)以低密度區(qū)為背景，觀察材料的高密度區(qū)的密度異常點（主要用來判定引線斷裂）透視X光被樣品局部吸收后成像的異常反射式掃描聲學(xué)顯微術(shù)（C－SAM）以高密度區(qū)為背景，觀察