電子器件可靠性評價與分析技術(shù)進展演示文稿

電子器件可靠性評價與分析技術(shù)進展演示文稿目前一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點優(yōu)選電子器件可靠性評價與分析技術(shù)進展目前二頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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3不能自愈失效種類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目前三頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效物理模型應(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（ESD）、閂鎖（latchup)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、熱疲勞目前四頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點溫度應(yīng)力－時間模型M溫度敏感參數(shù),E激活能,k玻耳茲曼常量,T絕對溫度,t時間,A常數(shù)T大,反應(yīng)速率dM/dt大，壽命短E大，反應(yīng)速率dM/dt小，壽命長目前五頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點溫度應(yīng)力的時間累積效應(yīng)失效原因：溫度應(yīng)力的時間累積效應(yīng)，特性變化超差目前六頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點與力學(xué)公式類比目前七頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效物理模型小結(jié)應(yīng)力－強度模型：不考慮激活能和時間效應(yīng)，適用于偶然失效，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）：需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。目前八頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點明顯失效現(xiàn)象可用應(yīng)力－強度模型來解釋如：與電源相連的金屬互連線燒毀是由浪涌電壓超過器件的額定電壓引起。目前九頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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)品的平均壽命目前十頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點預(yù)計平均壽命的方法1求激活能E

LnL1LnL21/T21/T1B目前十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點預(yù)計平均壽命的方法2求加速系數(shù)F試驗獲得高溫T1的壽命為L1,低溫T2壽命為L2,可求出F目前十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點預(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/λλ失效率目前十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效分析的概念失效分析的定義失效分析的目的確定失效模式確定失效機理提出糾正措施，防止失效重復(fù)出現(xiàn)

目前十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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、功能失效目前十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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、CMOS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微等離子擊穿、Si-Al互熔目前十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效機理的概念（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、輻射損傷目前十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點引起失效的因素材料、設(shè)計、工藝環(huán)境應(yīng)力環(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)力時間目前十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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)目前十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點舉例說明：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)，加保護電路目前二十頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點某EPROM的失效分析結(jié)果由于有CMOS結(jié)構(gòu)，部分電源線斷，是閂鎖效應(yīng)。目前二十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點

模擬試驗確定失效責(zé)任方

觸發(fā)電流：350mA觸發(fā)電流：200mA

維持電壓：2.30V維持電壓：8.76V

（技術(shù)指標(biāo)：電源電壓：5V觸發(fā)電流>200mA）目前二十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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)品競爭力目前二十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效分析技術(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)的捷徑目前二十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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，提出糾正措施目前二十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點收集失效現(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)容目前二十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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)體接觸退化目前二十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點輻射對電子元器件的影響參數(shù)漂移、軟失效例：n溝道MOS器件閾值電壓減小目前二十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效應(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：芯片斷裂目前二十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效發(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目前三十頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效發(fā)生期與失效率

失效率時間隨機磨損早期目前三十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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)失效和功能失效目前三十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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。電阻顯著增大或減小說明有金屬化開路或漏電部位。待機(standby)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(standby)電流顯著增大說明有漏電失效部位。待機(standby)電流顯著減小說明有開路失效部位。目前三十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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。目前三十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點待機(standby)電流顯著減小的案例

由于閂鎖效應(yīng)某EPROM的兩條電源內(nèi)引線之一燒斷。目前三十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點待機(standby)電流偏大的案例TDA7340S音響放大器電路

用光發(fā)射顯微鏡觀察到漏電部位目前三十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點由反向I－V特性確定失效機理目前三十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點由反向I－V特性確定失效機理直線為電阻特性，pn結(jié)穿釘，屬嚴(yán)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，pn結(jié)受EOS損傷或ESD損傷。目前三十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點由反向I－V特性確定失效機理反向擊穿電壓不穩(wěn)定：芯片斷裂、芯片受潮烘烤變化與否可區(qū)分離子沾污和靜電過電失效目前三十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點烘焙技術(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、高溫反偏目前四十頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點清洗技術(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方法：無水乙醇清洗去離子水沖洗（可免去）烘干目前四十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點烘焙和清洗技術(shù)的應(yīng)用舉例彩電圖像模糊的失效分析目前四十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點烘焙和清洗技術(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。目前四十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點失效分析的發(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目前四十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點無損失效分析技術(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，界面斷層目前四十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點檢漏技術(shù)粗檢：負(fù)壓法、氟碳加壓法細檢：氦質(zhì)譜檢漏法目前四十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點負(fù)壓法檢漏酒精接機械泵目前四十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點氟碳加壓法FC43沸點180CF113沸點47.6C加熱至125C目前四十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點X射線透視與反射式聲掃描比較目前四十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點X射線透視舉例FPGA電源內(nèi)引線燒斷目前五十頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點C－SAM像舉例功率器件芯片粘接失效塑封IC的管腳與塑料分層目前五十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點樣品制備技術(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)控目前五十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點打開塑料封裝的技術(shù)濃硫酸和發(fā)煙硝酸腐蝕法目前五十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點去鈍化層的技術(shù)濕法：如用HF：H2O＝1：1溶液去SiO285％HPO3溶液，溫度160C去Si3N4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目前五十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點去鈍化層的監(jiān)控

觀察壓焊點目前五十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點去層間介質(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)果目前五十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點腐蝕的方向性無方向性：金屬互連失去依托有方向性：金屬互連有介質(zhì)層作依托目前五十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點去金屬化Al層技術(shù)作用配方：30％HCl或30％H2SO4KOH、NaOH溶液應(yīng)用實例：pn結(jié)穿釘目前五十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點拋切面技術(shù)環(huán)氧固化、剖切、研磨目前五十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點形貌象技術(shù)光學(xué)顯微術(shù)：分辨率3600A，倍數(shù)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，需制樣目前六十頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點以測量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)用途：確定斷路失效點位置主要失效定位技術(shù)：掃描電鏡的電壓襯度象機械探針的電壓和波形測試電子束測試系統(tǒng)的電壓和波形測試目前六十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點SEM電壓襯度象原理

金屬化層負(fù)電位為亮區(qū)，零或正電位為暗區(qū)目前六十二頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點電子束測試技術(shù)用途：（與IC測試系統(tǒng)相比較）測定芯片內(nèi)部節(jié)點的電壓和波形，進行芯片失效定位（電鏡+電子束探頭示波器）特點：（與機械探針相比較）高空間分辨率，非接觸，無電容負(fù)載，容易對準(zhǔn)被測點目前六十三頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點機械探針與電子探針比較直流電壓、交流電壓、脈沖電壓電壓精度高，用于模擬電路、數(shù)字電路信號注入、信號尋跡接觸性探針，需去鈍化層有負(fù)載，波形易變形空間分辨率差交流電壓、脈沖電壓電壓精度低，用于數(shù)字電路信號尋跡非接觸性探針，不需去鈍化層無負(fù)載，波形不變形空間分辨率高目前六十四頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點由設(shè)計版圖確定電子束探測點用波形比較法進行設(shè)計驗證CAD設(shè)計版圖芯片實時象目前六十五頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點用EBT進行失效分析實例80腳進口HD63B03微處理器單元手工焊正常載流焊，90％發(fā)生多腳開路失效原因改進建議目前六十六頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點80腳進口HD63B03微處理器單元失效分析

引線框架密封不良的IC的反射聲學(xué)顯微圖象目前六十七頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點以測量電流效應(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)缺陷目前六十八頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點改進前后的混合電路熱分布圖目前六十九頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點FPGA目前七十頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點EMM確定CMOS電路閂鎖效應(yīng)易發(fā)區(qū)閂鎖效應(yīng)的外因和內(nèi)因閂鎖效應(yīng)的危害閂鎖效應(yīng)的預(yù)防增強薄弱環(huán)節(jié)EMM的作用失效定位目前七十一頁\總數(shù)八十一頁\編于十七點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可同時觀察芯片所有pn結(jié)的缺陷，適用于VLSI失效分析例某