電子產(chǎn)品失效分析技術(shù)

內(nèi)容失效分析概論主要失效模式及機(jī)理失效分析基本程序失效分析技術(shù)與設(shè)備失效案例分析本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析概論本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析概論1.基本概念失效——產(chǎn)品喪失功能或降低到不能滿足規(guī)定的要求。失效模式——電子產(chǎn)品失效現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。如開路、短路、參數(shù)漂移、不穩(wěn)定等。失效機(jī)理——導(dǎo)致失效的物理化學(xué)變化過程，和對(duì)這一過程的解釋。應(yīng)力——驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品完成功能所需的動(dòng)力和產(chǎn)品經(jīng)歷的環(huán)境條件，是產(chǎn)品退化的誘因。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析概論2.失效分析的定義和作用失效分析是對(duì)已失效器件進(jìn)行的一種事后檢查。使用電測(cè)試以及先進(jìn)的物理、金相和化學(xué)的分析技術(shù)，驗(yàn)證所報(bào)告的失效，確定試銷模式，找出失效機(jī)理。根據(jù)失效分析得出的相關(guān)結(jié)論，確定失效的原因或相關(guān)關(guān)系，從而在產(chǎn)生工藝、器件設(shè)計(jì)、試驗(yàn)或應(yīng)用方面采取糾正措施，以消除失效模式或機(jī)理產(chǎn)生的原因，或防止其再次出現(xiàn)。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分主要失效模式及機(jī)理本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效模式失效模式就是失效的外在表現(xiàn)形式。按持續(xù)性分類：致命性失效，間歇失效，緩慢退化按失效時(shí)間分：早期失效，隨機(jī)失效，磨損失效按電測(cè)結(jié)果分：開路，短路或漏電，參數(shù)漂移，功能失效按失效原因分：電應(yīng)力（EOS）和靜電放電（ESD）導(dǎo)致的失效，制造工藝不良導(dǎo)致的失效本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效模式及分布集成電路分立元件本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分電阻器電容器失效模式及分布本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分繼電器按插元件失效模式及分布本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理過應(yīng)力失效電過應(yīng)力——電源輸出輸入的電源、電壓超過規(guī)定的最大額定值。熱過應(yīng)力——環(huán)境溫度、殼溫、結(jié)溫超過規(guī)定的最大額定值。機(jī)械過應(yīng)力——振動(dòng)、沖擊、離心力或其他力學(xué)量超過規(guī)定的最大額定值。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理CMOS電路閂鎖失效條件——在使用上（VI；VO）>VDD或（VI；VO）<VSS；或電源端到地發(fā)生二次擊穿。危害——一旦導(dǎo)通電源端產(chǎn)生很大電流，破壞性和非破壞性。失效特點(diǎn)——點(diǎn)現(xiàn)象，內(nèi)部失效判別。。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分ESD失效機(jī)理靜電放電給電子元器件帶來?yè)p傷，引起的產(chǎn)品失效。失效機(jī)理過電壓場(chǎng)致失效——放電回路阻抗較高，元器件因接受高電荷而產(chǎn)生高電壓導(dǎo)致電場(chǎng)損傷，多發(fā)生于電容器件。過電流熱致失效——放電回路阻抗較低，元器件因放電期間產(chǎn)生強(qiáng)電流脈沖導(dǎo)致高溫?fù)p傷，多發(fā)生于雙極器件。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理金屬腐蝕失效當(dāng)金屬與周圍介質(zhì)接觸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)作用而引起金屬腐蝕。電子元器件中，外引線及封裝殼內(nèi)的金屬因腐蝕而引起電性能惡化直至失效。腐蝕產(chǎn)物形貌觀察和成分測(cè)定對(duì)失效分析很有幫助。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理銀離子遷移銀離子遷移是一種電化學(xué)現(xiàn)象，在具備水份和電場(chǎng)的條件時(shí)發(fā)生。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理金鋁化合物失效金和鋁鍵合，在長(zhǎng)期儲(chǔ)存和使用后，金鋁之間生成AuAl2，AuAl，Au2Al，Au5Al2，Au4Al等金屬間化合物（IMC）這些IMC的物理性質(zhì)不同，電導(dǎo)率較低。AuAl2呈紫色，俗稱紫斑；Au5Al2，Au4Al呈淺金黃色，俗稱黃斑；Au2Al呈白色俗稱白斑。鍵合點(diǎn)生成金鋁化合物后，鍵合強(qiáng)度降低、變脆開裂、接觸電阻增大，器件出現(xiàn)性能退化或引線從鍵合界面處脫落導(dǎo)致開路。IMCIMC本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理柯肯德爾效應(yīng)金鋁鍵合系統(tǒng)中，若采用Au絲熱壓焊工藝，由于高溫，金向鋁中迅速擴(kuò)散，在金層一側(cè)留下部分原子空隙，這些原子空隙自發(fā)聚積，在金屬間化合物與金屬交界面上形成了空洞，這稱為柯肯德爾效應(yīng)。當(dāng)柯氏效應(yīng)（空洞）增大到一定程度后，將使鍵合界面強(qiáng)度急劇下降，接觸電阻增大，最終導(dǎo)致開路失效。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理金屬化電遷移在外電場(chǎng)作用下，導(dǎo)電電子和金屬離子間相互碰撞發(fā)生動(dòng)量交換而使金屬離子受到與電子流方向一致的作用力，金屬離子由負(fù)極向正極移動(dòng)，這種作用力稱為“電子風(fēng)”。對(duì)鋁，金等金屬膜，電場(chǎng)力很小，金屬離子主要受電子風(fēng)的影響，使金屬離子朝正極移動(dòng)，在正極端形成金屬離子的堆積，形成小丘，而在負(fù)極端生產(chǎn)空洞，使金屬條斷開。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效機(jī)理“爆米花效應(yīng)”（分層效應(yīng)）“爆米花效應(yīng)”是指塑封器件塑封材料內(nèi)的水份在高溫下受熱發(fā)生膨脹，使塑封料與金屬框架和芯片間發(fā)生分層，拉斷鍵合絲，發(fā)生開路失效或間歇失效。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析基本程序本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析基本程序3.失效分析程序樣品基本信息調(diào)查失效現(xiàn)場(chǎng)信息調(diào)查外觀檢查失效模式確認(rèn)方案設(shè)計(jì)非破壞性分析破壞性分析綜合分析報(bào)告編寫本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析基本程序非破壞性分析的基本路徑外觀檢查模式確認(rèn)（測(cè)試和試驗(yàn)，對(duì)比分析）檢漏可動(dòng)微粒檢測(cè)X光照相聲學(xué)掃描模擬試驗(yàn)本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析基本程序半破壞性分析的基本路徑可動(dòng)微粒收集內(nèi)部氣氛檢測(cè)開封檢查不加電的內(nèi)部檢查（光學(xué)，SEM，微區(qū)分析）加電的內(nèi)部檢查（微探針，熱像，光發(fā)射，電壓襯度像，束感生電流像，電子束探針）多余物，污染物成分分析。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析基本程序破壞性分析的基本路徑加電的內(nèi)部檢查（去除鈍化層，微探針，聚焦離子束，電子束探針）剖切面分析（光學(xué)，SEM，TEM）進(jìn)一步的多余物，污染物成分分析。本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備技術(shù)探測(cè)源探測(cè)物理量用途電參數(shù)測(cè)試分析電信號(hào)確定失效模式和失效管腳定位掃描聲學(xué)顯微分析（SAM）超聲波超聲波測(cè)量超聲波傳播，分析材料彈性特征，晶體缺陷和多層結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)截面的非破壞性分析X-射線透視儀X射線X射線強(qiáng)度檢測(cè)電子元器件及多層PCB板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)X射線光電子能譜（XPS）特征X射線光電子通過測(cè)量光電子能量確定殼層能級(jí)，利用化學(xué)位移測(cè)量化學(xué)鍵和化合物，元素確定，化學(xué)位移顯微紅外吸收光譜（FTIR）紅外線紅外吸收光譜識(shí)別分子官能團(tuán)，有機(jī)物結(jié)構(gòu)分析二次離子質(zhì)譜（SIMS）離子二次離子元素確定，表面元素分布本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備技術(shù)探測(cè)源探測(cè)物理量用途光學(xué)顯微鏡可見光反射光表面形貌，尺寸測(cè)量，缺陷觀察掃描電子顯微分析（SEM）電子二次電子，背散射電子表面形貌，晶體缺陷，電位分布，電壓襯度像，電壓頻閃圖，X射線能譜分析（EDS）電子特征X射線元素分析及元素分布俄歇電子能譜（AES）電子俄歇電子表面元素確定和元素深度分布聚焦離子束（FIB）離子二次離子截面加工和觀察透射電子顯微技術(shù)（TEM）電子電子截面形貌觀察，晶格結(jié)構(gòu)分析本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備制樣技術(shù)機(jī)械加工工具研磨、拋光化學(xué)腐蝕有機(jī)溶解反應(yīng)離子刻蝕聚焦離子束（FIB）FIB本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備形貌觀察技術(shù)目檢光學(xué)顯微鏡（立體顯微鏡、金相顯微鏡）SEM—掃描電子顯微鏡TEM—投射電子顯微鏡AFM—原子力顯微鏡X-RAY透視SAM—掃描聲學(xué)顯微鏡本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備結(jié)構(gòu)主架載物臺(tái)照明系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)拍照系統(tǒng)光學(xué)顯微鏡本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備SEM-EDS本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備TopographyofCarbonParticleSample(BFI)TEM本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備AFM本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備結(jié)構(gòu)X射線源屏蔽箱樣品臺(tái)X射線接收成像系統(tǒng)X-Ray透視系統(tǒng)本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備結(jié)構(gòu)換能器及支架脈沖收發(fā)器示波器樣品臺(tái)（水槽）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)顯示器SAM本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備成分分析技術(shù)EDS—X射線能量色散譜AES—俄歇電子能譜SIMS—二次離子質(zhì)譜XPS—X光電子能譜FTIR—紅外光譜GCMS—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用IC—離子色譜內(nèi)腔體氣氛檢測(cè)分析本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備AES本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備TOF-SIMS本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備XPS用途：主要用于固體樣品表面的組成、化學(xué)狀態(tài)分析。能進(jìn)行定性、半定量及價(jià)態(tài)分析。XPS本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備CondensedsmearfromcompressedairFTIR本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備內(nèi)部無損分析技術(shù)X-Ray透視觀察SAM—掃描聲學(xué)顯微鏡PIND—內(nèi)部粒子噪聲分析氣密性分析本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備故障定位技術(shù)電參數(shù)檢測(cè)分析定位（探針檢測(cè)）形貌觀察定位液晶敏感定位紅外熱成像定位光輻射顯微定位本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備目的：確認(rèn)失效模式和失效管腳定位，識(shí)別部分失效機(jī)理。方法：與同批次好品同時(shí)進(jìn)行功能測(cè)試和管腳直流特性（I-V特性）測(cè)試，對(duì)照良好樣品、產(chǎn)品規(guī)范，解釋差異。結(jié)果：可識(shí)別參數(shù)漂移、參數(shù)不合格、開路、短路與失效現(xiàn)場(chǎng)不一致等失效模式和機(jī)理。良好樣品的I-V特性曲線失效樣品的I-V特性曲線電參數(shù)檢測(cè)分析本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分紅外熱像技術(shù)改進(jìn)前的混合電路熱分布圖改進(jìn)后的混合電路熱分布圖失效分析技術(shù)與設(shè)備本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效分析技術(shù)與設(shè)備應(yīng)力實(shí)驗(yàn)分析環(huán)境應(yīng)力實(shí)驗(yàn)分析電應(yīng)力實(shí)驗(yàn)分析機(jī)械應(yīng)力實(shí)驗(yàn)分析本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效案例分析本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效案例分析LEACH繼電器失效分析全過程應(yīng)了解的信息（相關(guān)知識(shí)、失效樣品信息、失效相關(guān)信息）失效模式確認(rèn)制定分析方案（動(dòng)態(tài)）證據(jù)提取、分析推進(jìn)綜合分析和結(jié)論編寫報(bào)告本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效案例分析了解繼電器相關(guān)知識(shí)種類：電磁繼電器、固體繼電器結(jié)構(gòu)：電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)電磁繼電器的工作原理：電驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生磁力機(jī)械力帶動(dòng)觸點(diǎn)完成電連接簧片或彈簧力斷開觸點(diǎn)完成電切斷本文檔共53頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期一\17點(diǎn)52分失效案例分析繼電器主要失效模式和失效機(jī)理失效模式接觸失效線圈失效絕緣失效密封失效表現(xiàn)形式接觸電阻增大或時(shí)斷時(shí)通、觸點(diǎn)粘結(jié)、觸點(diǎn)斷開故障、吸合/釋放電壓漂移。線圈電阻超差、線圈開路、線圈短路。絕緣電阻變小、介質(zhì)耐壓降低。外殼損壞失效機(jī)理觸點(diǎn)表面電化學(xué)腐蝕；觸點(diǎn)表面高溫氧化；燃弧——破壞觸點(diǎn)表面，粘連，產(chǎn)生碳膜；觸點(diǎn)表面金屬電遷移；內(nèi)部多