應(yīng)用總結(jié)電子元器件失效分析詳解演示文稿

應(yīng)用總結(jié)電子元器件失效分析詳解演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)（優(yōu)選）應(yīng)用總結(jié)電子元器件失效分析目前二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

二、失效分析的主要內(nèi)容-思路

2.1、明確分析對(duì)象

明確分析對(duì)象及失效發(fā)生的背景。在對(duì)委托方提交的失效樣品進(jìn)行具體的失效分析操作之前，失效分析人員應(yīng)該和委托方進(jìn)行溝通，了解失效發(fā)生時(shí)的狀況，確定在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、儲(chǔ)存、傳送或使用哪個(gè)階段發(fā)生的失效，如有可能要求委托方詳細(xì)描述失效發(fā)生時(shí)的現(xiàn)象以及失效發(fā)生前后的操作過(guò)程。

2.2、確定失效模式

失效的表面現(xiàn)象或失效的表現(xiàn)形式就是失效模式。失效模式的確定通常采用兩種方法，即電學(xué)測(cè)試和顯微鏡觀察。

立體顯微鏡觀察失效樣品的外觀標(biāo)志是否完整，是否存在機(jī)械損傷，是否有腐蝕痕跡等；

金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡等設(shè)備觀察失效部位的形狀、大小、位置、顏色，機(jī)械和物理特性等，準(zhǔn)確的掃描失效特征模式。

電學(xué)測(cè)試判斷其電參數(shù)是否與原始數(shù)據(jù)相符，分析失效現(xiàn)象可能與失效樣品中的哪一部分有關(guān)。

失效分析的主要內(nèi)容目前三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

2.3、判斷失效原因

失效可能由一系列的原因造成，如設(shè)計(jì)缺陷、材料質(zhì)量問(wèn)題、制造過(guò)程問(wèn)題、運(yùn)輸或儲(chǔ)藏條件不當(dāng)、在操作時(shí)的過(guò)載等，而大多數(shù)的失效包括一系列串行發(fā)生的事件。

2.4、研究失效機(jī)理

在確定失效機(jī)理時(shí)，需要選用有關(guān)的分析、試驗(yàn)和觀測(cè)設(shè)備對(duì)失效樣品進(jìn)行仔細(xì)分析，驗(yàn)證失效原因的判斷是否屬實(shí)，并且能把整個(gè)失效的順序與原始的癥狀對(duì)照起來(lái)，有時(shí)需要用合格的同種元器件進(jìn)行類(lèi)似的破壞性試驗(yàn)，觀察是否產(chǎn)生相似的失效現(xiàn)象，通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證（模擬實(shí)驗(yàn)），確定真實(shí)的失效原因，以電子元器件失效機(jī)理的相關(guān)理論為指導(dǎo)，對(duì)失效模式、失效原因進(jìn)行理論推理，并結(jié)合材料性質(zhì)、有關(guān)設(shè)計(jì)和工藝的理論及經(jīng)驗(yàn)，提出在可能的失效條件下導(dǎo)致該失效模式產(chǎn)生的內(nèi)在原因或具體物理化學(xué)過(guò)程，如有可能，更應(yīng)以分子、原子學(xué)觀點(diǎn)加以闡明或解釋。

失效分析的主要內(nèi)容目前四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

2.5、提出預(yù)防措施及設(shè)計(jì)改進(jìn)方法

根據(jù)分析判斷、提出消除產(chǎn)生失效的辦法和建議，及時(shí)地反饋到設(shè)計(jì)、工藝、使用單位等各個(gè)方面，以便控制乃至完全消除失效的主要失效模式的出現(xiàn)。

這需要失效工程師與可靠性、工藝、設(shè)計(jì)和測(cè)試工程師一起協(xié)作，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)力量，根據(jù)失效分析結(jié)果，提出防止產(chǎn)生失效的設(shè)想和建議，包括材料、工藝、電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、篩選方法和條件、使用方法和條件、質(zhì)量控制和管理等方面。

失效分析的主要內(nèi)容目前五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)三、失效模式與失效機(jī)理

失效模式與失效機(jī)理的對(duì)應(yīng)關(guān)系

失效模式與失效機(jī)理失效模式主要失效機(jī)理開(kāi)路EOS、ESD、電遷移（EM）、應(yīng)力遷移（SM）、腐蝕、鍵合點(diǎn)脫落、紫斑、機(jī)械應(yīng)力、熱變應(yīng)力短路（漏電）pn結(jié)缺陷、pn結(jié)穿釘、EOS、介質(zhì)擊穿（TDDB效應(yīng)、針孔缺陷）、水汽、金屬遷移、界面態(tài)、離子導(dǎo)電參漂氧化層電荷、鈉離子玷污、表面離子、芯片裂紋、過(guò)載流子（HC）、輻射損傷功能失效EOS、ESD、Latch-Up目前六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

各相關(guān)失效機(jī)理的概念和定義簡(jiǎn)述如下：

3.1、過(guò)電應(yīng)力EOS——指元器件承受的電流、電壓應(yīng)力或功率超過(guò)其允許的最大范圍。

過(guò)電應(yīng)力的來(lái)源：

（1）電浪涌損傷瞬間瞬時(shí)功率很大

電浪涌來(lái)源有

失效模式與失效機(jī)理目前七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（2）操作失誤造成的電損傷

2-1雙列直插式封裝的集成電路當(dāng)測(cè)試時(shí)不慎反插，往往就會(huì)造成電源和地兩端插反，其結(jié)果是集成電路電源與地之間存在的PN結(jié)隔離二極管就會(huì)處于正偏(正常情況是反偏)，出現(xiàn)近100毫安的正向電流，這種電過(guò)應(yīng)力損傷隨著通電時(shí)間的增長(zhǎng)而更加嚴(yán)重。這種損傷如果不太嚴(yán)重，雖然電路功能正常，只表現(xiàn)出靜態(tài)功耗增大，但這種受過(guò)損傷的電路，可靠性已嚴(yán)重下降，如果上機(jī)使用，就會(huì)給機(jī)器造成隱患。

2-2T0-5型金屬管殼封裝的集成電路，電測(cè)試時(shí)容易出現(xiàn)管腳插錯(cuò)或管腳間相碰短路。這種意外情況有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致集成電路內(nèi)部某些元器件的電損傷。

2-3電路調(diào)試時(shí)，不慎出現(xiàn)“試筆頭”橋接短路管腳，這種短接有時(shí)會(huì)造成電損傷。

2-4在電子設(shè)備中設(shè)置的“檢測(cè)點(diǎn)”，如果位置設(shè)置不當(dāng)又無(wú)保護(hù)電路時(shí)，維修時(shí)就可能將不正常的電壓引入該端而損傷器件。

失效模式與失效機(jī)理目前八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)（3）多余金屬物引起短路

管腳浸錫時(shí)在管腳根部殘留的焊錫碴或者是印制板上留下的多余錫碴、導(dǎo)線頭、細(xì)金屬絲、金屬屑等可動(dòng)多余物，容易引起集成電路輸出對(duì)電源或?qū)Φ囟搪罚@種短路引起的過(guò)大電流會(huì)損傷集成電路。

失效模式與失效機(jī)理目前九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（4）電烙鐵或儀器設(shè)備漏電引起的電損傷

集成電路或晶體管的引出端與漏電的電烙鐵、儀器或設(shè)備機(jī)殼相碰，或者在儀器設(shè)備上更換元器件以及修補(bǔ)焊點(diǎn)等，都會(huì)帶來(lái)電損傷。最容易被損傷的集成電路有：帶有MOS電容的集成電路、MOS電路、微波集成電路、STTL和LSTTL電路、單穩(wěn)電路和振蕩器、A/D和D/A電路、高精度運(yùn)算放大器、LSI和VLSI電路。其中單穩(wěn)電路和振蕩器在調(diào)試時(shí)發(fā)生的這種電損傷很不容易發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閾p傷的表現(xiàn)形式往往是表現(xiàn)為單穩(wěn)電路的脈沖寬度發(fā)生漂移；振蕩器的振蕩頻率發(fā)生漂移，調(diào)試人員往往把這種現(xiàn)象錯(cuò)誤地認(rèn)為是沒(méi)有將電路調(diào)試好。

當(dāng)更改定時(shí)元件R.C后，參數(shù)可以恢復(fù)正常，但這種“恢復(fù)正常”的電路，工作一段時(shí)間后又會(huì)出現(xiàn)上述的參數(shù)漂移現(xiàn)象。

失效模式與失效機(jī)理目前十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（5）CMOS電路發(fā)生可控硅效應(yīng)(閂鎖效應(yīng))

CMOS電路的靜態(tài)功耗極小，但可控硅效應(yīng)被觸發(fā)后功耗會(huì)變得很大(50～200毫安)，并導(dǎo)致電路發(fā)生燒毀失效。CMOS電路的硅芯片內(nèi)部，在VDD與VSS之間有大量寄生可控硅存在，并且所有輸出端和輸入端都是它的觸發(fā)端，在正常條件下工作，由于輸入和輸出電壓滿足下式要求：VDD>Vout>VssVDD>Vin>Vss。

所以正常工作條件下CMOS電路不會(huì)發(fā)生可控硅效應(yīng)。但在某些特殊情況下，上述條件就會(huì)不滿足，凡是出現(xiàn)以下情況之一，可控硅效應(yīng)(閂鎖)就可能發(fā)生，發(fā)生閂鎖的CMOS電路如果無(wú)限流保護(hù)就會(huì)被燒毀。

失效模式與失效機(jī)理目前十一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（6）CMOS電路振蕩引起功率過(guò)荷

6-1當(dāng)CMOS電路的任何一個(gè)輸入端發(fā)生浮空時(shí)，CMOS電路都會(huì)發(fā)生自激振蕩。

6-2CMOS電路輸入緩慢變化的脈沖時(shí)容易引起振蕩。輸入緩慢變化的脈沖使輸入端處于VDD/2的時(shí)間增長(zhǎng)，導(dǎo)致輸出端出現(xiàn)不穩(wěn)定的時(shí)間增長(zhǎng)，容易誘發(fā)CMOS電路發(fā)生振蕩。振蕩后電路功耗增大(高達(dá)200mA)，發(fā)生電過(guò)應(yīng)力損傷。

6-3防止振蕩的方法有：

a.在任何意外情況下都不允許CMOS電路的任何一個(gè)輸入端出現(xiàn)浮空狀態(tài)；

b.輸入脈沖的上升和下降時(shí)間應(yīng)有要求：普通CMOS電路的上升時(shí)間應(yīng)小于10μs，而計(jì)數(shù)器和移位寄器電路，5V時(shí)應(yīng)小于5μs，10V時(shí)應(yīng)小于1μs，15V時(shí)應(yīng)小于200ns；

c.利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形。

失效模式與失效機(jī)理目前十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)3.2、靜電放電ESD——處于不同靜電電位的兩個(gè)物體間的靜電電荷的轉(zhuǎn)移就是靜電放電。這種靜電電荷的轉(zhuǎn)移方式有多種，如接觸放電、空氣放電。靜電放電一般指靜電的快速轉(zhuǎn)移或泄放。

失效模式與失效機(jī)理目前十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)電子元器件由靜電放電引發(fā)的失效可分為：突發(fā)性失效和潛在性失效兩種模式。

突發(fā)性失效：是指元器件受到ESD損傷后，突然完全喪失其規(guī)定的功能，主要表現(xiàn)為開(kāi)路，短路或參數(shù)嚴(yán)重漂移。

潛在性失效：是指靜電放電能量較低，僅在元器件內(nèi)部造成輕微損傷，上電后器件電參數(shù)仍能合格或略有變化，但器件的抗過(guò)電的能力已經(jīng)明顯削弱，再受到工作應(yīng)力后將進(jìn)一步退化，使用壽命將明顯縮短。失效模式與失效機(jī)理目前十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)ESD失效的不同機(jī)理過(guò)電壓場(chǎng)致失效：發(fā)生于MOS器件，包括含有MOS電容或鉭電容的雙極性電路和混合電路；

過(guò)電流熱致失效：多發(fā)生于雙極器件，包括輸入用pn結(jié)二極管保護(hù)電路的MOS電路，肖特基二極管以及含有雙極器件的混合器件

實(shí)際發(fā)生哪種失效，取決于靜電放電回路的絕緣程度！如果放電回路阻抗較低，絕緣性差，器件往往會(huì)因放電期間的強(qiáng)電流脈沖導(dǎo)致高溫?fù)p傷，這屬于過(guò)電流損傷；相反，因阻抗高，絕緣性好，器件接受高電荷而產(chǎn)生高壓，導(dǎo)致強(qiáng)電場(chǎng)損傷，屬于過(guò)壓損傷。失效模式與失效機(jī)理目前十五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)ESD損傷圖片失效模式與失效機(jī)理目前十六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)失效模式與失效機(jī)理目前十七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)失效模式與失效機(jī)理目前十八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

3.3、輻射損傷——在自然和人造輻射環(huán)境中，各種帶電或不帶電的高能粒子（如質(zhì)子、電子、中子）以及各種高能射線（如Х射線、γ射線等）對(duì)集成電路造成的損傷。

3.4、氧化層電荷——集成電路中存在的與氧化層有關(guān)的電荷，包括固定氧化層電荷、可動(dòng)電荷、界面陷阱電荷和氧化層陷阱電荷。

3.5、熱載流子HC——指其能量比費(fèi)米能級(jí)大幾個(gè)kT以上的載流子，這些載流子與晶格不處于熱平衡狀態(tài)，當(dāng)其能量達(dá)到或超過(guò)Si-SiO２界面勢(shì)壘時(shí)便會(huì)注入到氧化層中，產(chǎn)生界面態(tài)，氧化層陷阱或被陷阱所俘獲，使氧化層電荷增加或波動(dòng)不穩(wěn)，這就是熱載流子效應(yīng)。

3.6、柵氧擊穿——在MOS器件及其集成電路中，柵極下面存在一薄層SiO２，此即通稱(chēng)的柵氧（化層）柵氧的漏電與柵氧質(zhì)量關(guān)系極大，漏電增加到一定程度即構(gòu)成擊穿，導(dǎo)致器件失效。

失效模式與失效機(jī)理目前十九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

3.7、與時(shí)間有關(guān)的介質(zhì)擊穿（TDDB）——指施加的電場(chǎng)低于柵氧的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)，并未引起本征擊穿，但經(jīng)歷一定時(shí)間后仍發(fā)生擊穿的現(xiàn)象，這是由于施加應(yīng)力過(guò)程中，氧化層內(nèi)產(chǎn)生并集聚了缺陷（陷阱）的原因。

3.8、電遷移（EM）——當(dāng)器件工作時(shí)，金屬互連線的鋁條內(nèi)有一定電流通過(guò)，金屬離子會(huì)沿導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量的運(yùn)輸，其結(jié)果會(huì)使導(dǎo)體的某些部位出現(xiàn)空洞或晶須（小丘），這即電遷移現(xiàn)象。

3.9、應(yīng)力遷移（SM）——鋁條經(jīng)過(guò)溫度循環(huán)或高溫處理，由于應(yīng)力的作用也會(huì)發(fā)生鋁條開(kāi)路斷裂的失效。這時(shí)空洞多發(fā)生在晶粒邊界處，這種現(xiàn)象叫應(yīng)力遷移，以與通電后鋁條產(chǎn)生電遷移的失效區(qū)別。鋁條愈細(xì)，應(yīng)力遷移失效愈嚴(yán)重。

失效模式與失效機(jī)理目前二十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

3.10、鍵合失效——一般是指金絲和鋁條互連之間的鍵合失效。由于金-鋁之間的化學(xué)勢(shì)的不同，經(jīng)長(zhǎng)期使用或200℃以上高溫儲(chǔ)存后，會(huì)產(chǎn)生多種金屬間化合物，如紫斑、白斑等。結(jié)果使鋁層變薄，粘附性下降，造成半斷線狀態(tài)，接觸電阻增加，最后導(dǎo)致開(kāi)路失效。在300℃高溫下還會(huì)產(chǎn)生空洞，即柯肯德?tīng)栃?yīng)，這種效應(yīng)是在高溫下金向鋁中迅速擴(kuò)散并形成化合物，在鍵合點(diǎn)四周出現(xiàn)環(huán)形空洞，使鋁膜部分或全部脫離，形成高阻或開(kāi)路。

3.11、PN結(jié)穿釘——一般指在長(zhǎng)期電應(yīng)力或突發(fā)的強(qiáng)電流的作用下，在PN結(jié)處于局部鋁-硅熔融生成合金釘，穿透PN結(jié)，造成PN結(jié)短路的現(xiàn)象。

3.12、腐蝕失效——許多集成電路是用樹(shù)脂包封的，然而水汽可以穿過(guò)樹(shù)脂體和引腳-樹(shù)脂界面達(dá)到鋁互連處，由水汽帶入的外部雜質(zhì)或從樹(shù)脂中溶解的雜質(zhì)與金屬鋁作用，使鋁互連線發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。

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四、失效分析程序

失效分析的原則是先進(jìn)行非破壞性分析，后進(jìn)行破壞性分析；先外部分析，后內(nèi)部（解剖分析）；先調(diào)查了解與失效有關(guān)的情況（線路、應(yīng)力條件、失效現(xiàn)象等），后分析失效元器件。失效分析通用流程圖如下：

失效分析程序目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

4.1、失效環(huán)境調(diào)查

圍繞失效必須詳細(xì)了解如下信息：

（1）批次認(rèn)可。產(chǎn)品數(shù)據(jù)、存貨量和儲(chǔ)存條件。

（2）發(fā)現(xiàn)失效的地點(diǎn)和時(shí)間。工藝過(guò)程、外場(chǎng)使用情況及失效日期。

（3）產(chǎn)品記錄。產(chǎn)品在制造和裝配工藝過(guò)程中的工藝條件、交貨日期、條件和可接受的檢查結(jié)果，裝配條件和相同失效發(fā)生的有關(guān)記錄等。

（4）工作條件。電路條件、熱/機(jī)械應(yīng)力、噪聲環(huán)境（室內(nèi)/室外、溫度、濕度、大氣壓），失效發(fā)生前的操作。

（5）失效詳情。失效類(lèi)型（特性退化、完全失效或間歇性失效），失效比例和批次情況等，失效現(xiàn)象（無(wú)功能、參數(shù)變壞、開(kāi)短路）。

失效分析程序目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

4.2、失效樣品保護(hù)

對(duì)于由于機(jī)械損傷和環(huán)境腐蝕引起的失效結(jié)果，必須對(duì)元器件進(jìn)行拍照保存其原始形貌。為了避免進(jìn)一步失效，樣品在傳遞和存放過(guò)程中必須特別小心以保證避免環(huán)境（溫度、濕度）應(yīng)力、電和機(jī)械對(duì)應(yīng)力元器件的進(jìn)一步損傷，在傳遞一些小的元器件時(shí)必要的裝載必須保證。

4.3、失效分析方案設(shè)計(jì)

嚴(yán)格按順序有目的的選擇試驗(yàn)項(xiàng)目避免盲目性

避免失誤甚至丟失與失效有關(guān)痕跡節(jié)省時(shí)間

快速準(zhǔn)確的得到失效原因的證據(jù)準(zhǔn)確判斷失效機(jī)理

失效分析程序目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

4.4、外觀檢查

下列項(xiàng)目必須在目檢中檢查：

（1）灰塵——金屬、金屬氧化物、灰塵

（2）玷污——水跡、油跡、焊料痕跡或?yàn)R射的其他液體

（3）管腳變色——通常管腳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠提高可焊性和防腐蝕，管腳表面的變色通常表明基體材料被熱氧化、硫化和有缺陷，預(yù)處理不完全或存在明顯的缺陷。

（4）由壓力引起的引線斷裂——以銅基為主的合金在外界壓力或內(nèi)部剩余壓力的作用下，并處于氨、胺類(lèi)、潮濕氣體或高溫環(huán)境中時(shí)，就會(huì)發(fā)生壓力侵蝕現(xiàn)象。掃描電子顯微鏡觀察斷層的外形及邊界特征的分析

（5）機(jī)械引線損壞——機(jī)械引線損壞的模式取決于引線的外形、負(fù)載及

所處的環(huán)境。主要的裂縫類(lèi)型有：疲勞裂縫、振動(dòng)裂縫、蠕變裂縫和其他裂縫。

（6）封裝裂縫——引起濕氣進(jìn)入元器件里面。滲入燃料法

（7）金屬化遷移——高溫及高濕度條件下施加電場(chǎng)，則絕緣材料中或其表面的金屬離子將從陽(yáng)極遷移到負(fù)極并在該處堆積，最終會(huì)導(dǎo)致兩極間的短路。掃描電子顯微鏡觀察。

（8）晶須——軟金屬，如錫的鍍層表面上會(huì)偶爾會(huì)形成針狀單晶結(jié)構(gòu)，會(huì)引起引線間的短路。

失效分析程序目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

4.5、電測(cè)

（1）電特性測(cè)試——采用專(zhuān)用于評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的測(cè)試方案來(lái)詳細(xì)地評(píng)價(jià)樣品的電特性，測(cè)試的結(jié)果可用來(lái)確定失效模式，提高從失效環(huán)境中得到的失效機(jī)理估計(jì)的詳細(xì)度和精確度，該測(cè)試有利于選擇正確的分析方案。

（2）直流特性測(cè)試——通過(guò)波形記錄儀，微微安培計(jì)和示波器等來(lái)評(píng)測(cè)樣品的直流特性。大規(guī)模集成電路中，寄生二極管的存在使電流的漂移跟不上等效電路的變化，因此，測(cè)試時(shí)需參考無(wú)缺陷元器件來(lái)進(jìn)行。

（3）失效模式測(cè)試——樣品經(jīng)過(guò)電特性測(cè)試和直流特性測(cè)試兩個(gè)步驟后

如檢測(cè)不到缺陷，就需要進(jìn)行使用條件的失效模式測(cè)試。

失效分析程序目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

4.6、應(yīng)力試驗(yàn)分析

元器件的失效通常與應(yīng)力有關(guān)，應(yīng)力包括溫度、電壓、電流、功率、濕度、機(jī)械振動(dòng)、沖擊、恒定加速度、熱沖擊和溫度循環(huán)等。通過(guò)應(yīng)力試驗(yàn)可以評(píng)估產(chǎn)品的失效應(yīng)力分布，確定產(chǎn)品發(fā)生失效的應(yīng)力范圍，揭示產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和工藝方面的缺陷、失效模式及相關(guān)失效機(jī)理。另外應(yīng)力試驗(yàn)也有助于確定元器件安全工作的極限應(yīng)力水平。

4.7、故障模擬分析

元器件的失效有時(shí)與應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有關(guān)，列如電路系統(tǒng)中對(duì)過(guò)電保護(hù)不足、電路分布的干擾或熱分布不當(dāng)?shù)?。必須通過(guò)實(shí)際電路的模擬和示波器或其他的有關(guān)儀器進(jìn)行信號(hào)捕捉，找到有用的證據(jù)。

（1）模擬應(yīng)用分析——模擬失效條件的試驗(yàn)環(huán)境或應(yīng)用電路中工作，電壓、電流、輸入信號(hào)、各種頻率、時(shí)鐘響應(yīng)和輸出負(fù)載等的臨界條件

（2）全溫度參數(shù)測(cè)試

（3）瞬時(shí)短路、斷路的試驗(yàn)分析

（4）高溫和高溫電偏置試驗(yàn)

失效分析程序目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

4.8、內(nèi)部分析

（1）非破壞性的內(nèi)部分析——X射線檢查、聲學(xué)掃描檢測(cè)（界面的粘結(jié)情況、分層現(xiàn)象）、殘留氣體分析、密封性檢查（氨原子示蹤檢測(cè)細(xì)小的泄漏）

（2）破壞性的內(nèi)部分析——開(kāi)封、缺陷隔離技術(shù)失效點(diǎn)定位、芯片鈍化層的去除、物理分析、雜質(zhì)和合成物分析

（3）確定失效機(jī)理

失效分析的最終目的是確定失效機(jī)理。必須從失效鑒別的不同角度、不同方面去合理地解釋一個(gè)元器件失效的原因。異?，F(xiàn)象與失效直接相關(guān)的幾率是很小的，一個(gè)錯(cuò)誤的判斷可能造成錯(cuò)誤的糾正措施。

失效分析程序目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

4.9、糾正措施

根據(jù)失效分析結(jié)果，提出防止失效再次發(fā)生的糾正措施和建議，包括工藝、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、線路、材料、刪選方法和條件、使用方法和條件、質(zhì)量控制和管理等各個(gè)方面。

4.10、結(jié)果驗(yàn)證

失效分析的結(jié)果是否正確，只有在實(shí)際應(yīng)用中才能得到驗(yàn)證。

4失效分析程序目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

五、失效分析技術(shù)

5.1、以失效分析為目的的電測(cè)技術(shù)

按電測(cè)結(jié)果分類(lèi)，電子元器件的失效可分為連接性失效、電參數(shù)失效和功能失效。

以電子元器件失效分析為目的的電測(cè)方法可分為三類(lèi)：連接性測(cè)試、電參數(shù)測(cè)試和功能測(cè)試。

連接性測(cè)試可確定開(kāi)路、短路、漏電以及電阻值變化等失效模式。連接性測(cè)試手續(xù)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍較廣闊。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)失效的元器件占失效比例的50%,而現(xiàn)場(chǎng)失效多數(shù)由靜電損傷和過(guò)電應(yīng)力損傷引起。這兩種應(yīng)力引起的失效模式用鏈接性測(cè)試可確定，因而連接性測(cè)試在失效分析忠有廣泛的用途。

與連接性測(cè)試相比較，電子元器件的電參數(shù)測(cè)試較復(fù)雜。各種電子元器件都有各自特殊的參數(shù)，如雙極晶體管的電流增益，MOS器件的閾值電壓和跨導(dǎo)，光電二極管的暗電流和光電轉(zhuǎn)換效率，數(shù)字集成電路的電源電流、輸入電壓、輸入電流、輸出電壓等。電參數(shù)失效的主要表現(xiàn)形式有數(shù)值超出規(guī)定范圍和參數(shù)不穩(wěn)定。

失效分析技術(shù)目前三十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

進(jìn)行電子元器件的功能測(cè)試，需對(duì)元器件輸入一個(gè)已知的激勵(lì)信號(hào)，測(cè)量輸出結(jié)果。如測(cè)得的輸出狀態(tài)與預(yù)計(jì)狀態(tài)相同，則元器件功能正常，否則為失效。功能測(cè)試主要用于集成電路。簡(jiǎn)單的集成電路的功能測(cè)試需要電源、信號(hào)源和示波器，復(fù)雜的集成電路測(cè)試需自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)和復(fù)雜的測(cè)試程序。

同一個(gè)元器件，上述三種失效有一定的相關(guān)性。即一種失效可能引起其他種類(lèi)的失效。

失效分析技術(shù)目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（1）、連接性測(cè)試——待機(jī)電流測(cè)試、端口測(cè)試

（2）、電參數(shù)測(cè)試

注意事項(xiàng)：為簡(jiǎn)化失效分析程序、無(wú)需進(jìn)行所有規(guī)定參數(shù)的測(cè)試，只需測(cè)主要參數(shù)。

為防止引入新的失效機(jī)理，先進(jìn)性連接性測(cè)試，初步確認(rèn)元器件基本完好，再進(jìn)行參數(shù)測(cè)試。

為防止大電流通過(guò)元器件，測(cè)量高電壓下的漏電流應(yīng)加限流電阻。

為防止突然開(kāi)路時(shí)高壓加于元器件，測(cè)量大電流時(shí)應(yīng)限制電壓范圍。

（3）、功能測(cè)試

失效分析技術(shù)目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

5.2、無(wú)損失效分析技術(shù)

無(wú)損失效分析技術(shù)可定義為不必打開(kāi)封裝對(duì)樣品進(jìn)行定位和失效分析的技術(shù)。除電測(cè)失效分析技術(shù)外，X射線透視技術(shù)和反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（C-SAM）是兩種主要的無(wú)損失效分析技術(shù)。其中X射線投射技術(shù)對(duì)MOS器件有輻射損傷，所以無(wú)損不是絕對(duì)的。兩種技術(shù)比較如下表：

失效分析技術(shù)名稱(chēng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要原理X射線透視技術(shù)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(diǎn)觀察透射X射線的被樣品局部吸收后成像的異常C-SAM以高密度區(qū)為背景，觀察材料內(nèi)部空隙或低密度區(qū)超聲波遇空氣受阻反射目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

5.3、樣品制備技術(shù)

（1）、打開(kāi)封裝——機(jī)械開(kāi)封、化學(xué)開(kāi)封

機(jī)械開(kāi)封（物理法）：手動(dòng)式晶體管開(kāi)帽器、利器揭開(kāi)…

濕法腐蝕（化學(xué)法）：硫酸，硝酸；

干法腐蝕：在真空條件下，等離子體轟擊

失效分析技術(shù)目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（2）、去鈍化層技術(shù)——化學(xué)腐蝕去鈍化層、等離子腐蝕去鈍化層

在真空條件下，等離子體轟擊去除鈍化層。缺點(diǎn)：對(duì)半導(dǎo)體材料表面有損傷，而且有輻射，會(huì)影響材料的性質(zhì)化學(xué)方法去除鈍化層失效分析技術(shù)目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（3）、金相切片制備技術(shù)

失效分析技術(shù)目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)注意：金相切片技術(shù)，要觀察金屬見(jiàn)化合物，還要采用適當(dāng)?shù)母g液，使不同金屬或合金成分顯示不同的顏色，并且要注意過(guò)程中不能產(chǎn)生新的失效或破壞原來(lái)的失效。失效分析技術(shù)目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)金相切片分析方法特點(diǎn)：破壞性方法；試樣制備周期長(zhǎng)，需要1D，最好3D；試樣制備要求高；可直觀獲取材料內(nèi)部大量信息；對(duì)操作和分析人員要求較高失效分析技術(shù)目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（4）、多層結(jié)構(gòu)芯片的反映離子腐蝕技術(shù)

（5）、去金屬化層技術(shù)

（6）、機(jī)械剖切面技術(shù)

失效分析技術(shù)目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

5.4、顯微形貌像技術(shù)

（1）、光學(xué)顯微鏡分析技術(shù)——特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、不需要真空條件，不必去鈍化層和層間介質(zhì)，圖像彩色透明，能觀察多層金屬化的芯片。缺點(diǎn)是景深小，空間分辨率低，放大倍數(shù)小，觀察芯片的細(xì)微結(jié)構(gòu)有一定困難。

失效分析技術(shù)目前四十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（2）、掃描電子顯微鏡的二次電子像技術(shù)——特點(diǎn)：分辨率高、放大倍數(shù)大（10萬(wàn)~50萬(wàn)倍連續(xù)可調(diào)）、景深大、立體感強(qiáng)等一系列有點(diǎn)，可用它來(lái)觀察在光學(xué)顯微鏡下所看不到的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

兩種形貌像的比較：

失效分析技術(shù)儀器名稱(chēng)真空條件樣品要求透明性理論空間分辨率最大放大倍數(shù)景深光學(xué)無(wú)開(kāi)封有可觀察兩層結(jié)構(gòu)3600A2000小掃描電子高真空開(kāi)封去鈍化層無(wú)只能觀察上面一層50A50萬(wàn)大目前四十一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

5.5、以測(cè)量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)

集成電路的復(fù)雜性決定了失效定位在失效分析中的關(guān)鍵作用。打開(kāi)封裝后，用顯微鏡看不到失效部位時(shí)，就需對(duì)芯片進(jìn)行電激勵(lì)，根據(jù)芯片表面節(jié)點(diǎn)的電壓、波形或發(fā)光異常點(diǎn)進(jìn)行失效定位。

失效分析技術(shù)目前四十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

5.6、以測(cè)量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效分析定位技術(shù)

（1）、液晶熱點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)

熱點(diǎn)檢測(cè)是發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體器件芯片潛在失效部位的有效手段。用顯微紅外熱像儀來(lái)檢測(cè)熱點(diǎn)，由于空間分辨率不夠高，不能滿足單片集成電路失效定位的需要。液晶是一種既具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體各向異性的物質(zhì)。

液晶有一特點(diǎn)，當(dāng)它受熱而溫度高于某一臨界溫度Tc時(shí)，就會(huì)變成各向同性的液體。利用液晶的這一特性，可以在正交偏振光下觀察液晶的相變點(diǎn)而檢測(cè)熱點(diǎn)。

失效分析技術(shù)目前四十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（2）、顯微紅外熱像分析技術(shù)

顯微紅外熱像儀主要用于分析功率器件和混合集成電路。它可將芯片上熱分布顯示出來(lái)。根據(jù)熱分布的異常區(qū)域異常點(diǎn)，暴露不合理的設(shè)計(jì)和工藝缺陷。

失效分析技術(shù)目前四十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于二十三點(diǎn)

（3）、光發(fā)射顯微分析技術(shù)

半導(dǎo)體器件中許多類(lèi)型的缺陷和損傷在特定的電應(yīng)力條件下會(huì)產(chǎn)生漏電，并伴隨載流子的躍遷而導(dǎo)致光輻射。這樣，對(duì)發(fā)光部位的定位就是對(duì)可能失效部位的定位。

光輻射顯微技術(shù)是一種快速、簡(jiǎn)便而有效的失效分析技術(shù)，可以探測(cè)到半導(dǎo)體器件中多種缺陷和機(jī)理引起的退化和失效，尤其在失效定位方面具有準(zhǔn)確、直觀和重復(fù)再現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

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