電子元器件失效分析技術-new

電子元器件失效分析_______培訓總結(jié)報告尤利寧賀永紅2006-7-62023/12/161IRCONFIDENTIAL提綱：可靠性的根本概念和新的觀念；失效分析的8個步驟；3.失效分析的概念，目的，作用，對象和分類；4.與我們生產(chǎn)有關的例子；5.失效分析的新技術。2023/12/162IRCONFIDENTIAL一.關于可靠性？電子產(chǎn)品可靠性定義：是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，它是電子產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要組成局部?？煽啃缘谋碚鳎簤勖?；失效率；故障；MTBF；返修；賠償……注：電子產(chǎn)品的壽命：包括硬件壽命到期；技術壽命到期〔過了換代期的電子產(chǎn)品〕2023/12/163IRCONFIDENTIAL傳統(tǒng)可靠性觀念：是以失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析為手段，表征產(chǎn)品的可靠性，比方MTBF?？煽啃缘男掠^念：是以失效分析為手段，尋找失效的根本原因，并加以解決以到達從根本上提高可靠性的目的。幾個概念：可靠性強化試驗(RET,ReliabilityEnhancementTesting〕,或稱為步進應力試驗；高加速壽命試驗HALT，高加速應力篩選HASS等面向失效分析的可靠性新技術失效物理學〔Pof，PhysicsofFailure〕，把失效作為主體研究，通過激發(fā)，研究和根治失效到達提高可靠性的目的可靠性工程新舊觀念比照2023/12/164IRCONFIDENTIAL可靠性觀念變化比較傳統(tǒng)觀念現(xiàn)時觀念可靠性是一種成本可靠性是一種資產(chǎn)遵照規(guī)范操作為用戶提供價值可靠性公式和手冊保證可靠性良好的設計和生產(chǎn)與設計和生產(chǎn)脫離與設計和生產(chǎn)融為一體只用MTBF作為可靠性統(tǒng)計參數(shù)同時用故障率和有效壽命作為可靠性的統(tǒng)計參數(shù)檢測故障，協(xié)調(diào)解決分析故障，消除故障重復運作改進運作2023/12/165IRCONFIDENTIAL失效物理方法的8個步驟：確定真正的系統(tǒng)要求；確定使用環(huán)境；〔包括生產(chǎn)環(huán)境，但這點經(jīng)常被忽略〕驗明潛在的失效部位和失效機理；采用可靠的原材料的元器件；設計可靠的產(chǎn)品；鑒定加工和裝配過程；控制加工和裝配過程；〔從設計和制造過程加強可靠性〕對產(chǎn)品的壽命期本錢和可靠性進行管理〔采購后到到達使用壽命結(jié)束這中間的所有管理，培訓，控制等等本錢之和〕2023/12/166IRCONFIDENTIAL另一領域的失效分析醫(yī)藥學的歷史與人類的病痛一樣長，大量醫(yī)藥科學的進步都是建立在外科醫(yī)生的尸體解剖上?！踩蚀鹊臇|方人除外〕；在這個專業(yè)領域，這一做法通常稱為“失效分析〞；每個失效部件都應被視為進行可靠性改進的時機，從這個角度講，失效部件有時甚至是“珍貴的〞這個例子可以幫助我們理解失效分析的作用和失效部件的重要性。2023/12/167IRCONFIDENTIAL二.失效分析根本概念失效：功能退化或著功能喪失；失效模式：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；失效機理：導致失效的物理化學變化過程，和對這一過程的解釋，如電遷移開路，銀電化學遷移短路。工程上，也會把失效原因說成失效機理。應力：驅(qū)動產(chǎn)品完成功能所需的動力和產(chǎn)品經(jīng)歷的環(huán)境條件。是產(chǎn)品退化的誘因；缺陷：2023/12/168IRCONFIDENTIAL失效分析的目的和作用失效分析:是對已失效的器件進行的一種事后檢查，使用電測試和先進的物理，進行和化學分析技術，驗證所報告的失效，確定其失效模式，找出失效機理。失效分析程序應得出相應結(jié)論，確定失效原因或相應關系，或著在生產(chǎn)工藝，器件設計，試驗或應用方面采取措施，以消除失效模式或機理產(chǎn)生的原因，或防止其重新出現(xiàn)。2023/12/169IRCONFIDENTIAL失效分析的對象實物對象：包括已發(fā)生失效或發(fā)生重要變化的測試結(jié)構，半成品，試制品，試驗品，整機應用以及外場應用失效品。過程對象：包括元器件的研發(fā)過程和應用過程。研發(fā)過程:可細分為設計優(yōu)化，制造工藝優(yōu)化，測試篩選與評價試驗優(yōu)化等過程〔比方HexfredIr漂移事件的解決，我們設計新的篩選程序〕；應用過程：元器件選型，二次篩選條件優(yōu)化，設備研制生產(chǎn)中的故障控制對策，可靠性增長，全壽命維護等〔更偏向用戶〕2023/12/1610IRCONFIDENTIAL失效模式的概念和種類失效模式：就是失效的外在表現(xiàn)形式，不需要深入說明其物理原因按持續(xù)性分類：致命性失效，間歇失效，緩慢退化；按失效時間分類：早期失效，隨即失效，磨損失效；按電測試結(jié)果分類：開路，短路或漏電，參數(shù)漂移，功能失效按失效原因分類：EOS〔ElectricaloverStress/ESD(ElectrostaticDischarge);制作工藝不良。2023/12/1611IRCONFIDENTIAL三.一些例子

Eg1.ESD失效機理－解釋定義：處于不同靜電電位的兩個物體間發(fā)生的靜電電荷轉(zhuǎn)移就形成了ESD，這種靜電放電將給電子元件帶來損傷，引起產(chǎn)品失效。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。2023/12/1612IRCONFIDENTIAL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)為開路，短路或參數(shù)嚴重漂移。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，放電后器件電參數(shù)仍能合格或略有變化，但器件的抗過電的能力已經(jīng)明顯削弱，再受到工作應力后將進一步退化，使用壽命將明顯縮短。2023/12/1613IRCONFIDENTIALESD失效的不同機理過電壓場致失效：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，器件往往會因放電期間的強電流脈沖導致高溫損傷，這屬于過電流損傷；相反，因阻抗高，絕緣性好，器件接受高電荷而產(chǎn)生高壓，導致強電場損傷，屬于過壓損傷。2023/12/1614IRCONFIDENTIALESD損傷圖片2023/12/1615IRCONFIDENTIAL2023/12/1616IRCONFIDENTIAL2023/12/1617IRCONFIDENTIALEg2.塑封器件分層效應〔“爆米花效應〞〕〞爆米花效應“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。2023/12/1618IRCONFIDENTIALTOHDTODDT－Post分層效應C－Sam圖片2023/12/1619IRCONFIDENTIAL1.根本思路：信息分析〔失效環(huán)境，標準，標準，經(jīng)驗〕失效模式確認〔通過測試，試驗，比照分析〕可能的失效機理〔在前兩項的根底上〕尋找證據(jù)〔物理，化學，試驗〕原因推演必要的驗證和結(jié)論四.失效分析技術與設備2023/12/1620IRCONFIDENTIAL2.根本流程：失效現(xiàn)場信息調(diào)查外觀檢查失效模式確認方案設計非破壞性分析破壞性分析綜合分析報告編寫操作原那么：先外部后內(nèi)部；先非破壞性后半破壞性；最后破壞性；防止引進新的失效機理。2023/12/1621IRCONFIDENTIAL3.失效信息調(diào)查與方案設計信息類別：根本信息：包括處于管理需要的信息，包括樣品來源，型號，批次，編號，時間，地點等。技術信息：是判斷可能的失效機理和失效分析方案設計的重要依據(jù)。特定使用應用信息:整機故障現(xiàn)象,異常環(huán)境,在整機中的狀態(tài),應用電路,二次篩選應力,失效歷史,失效比例,失效率及隨時間的變化.特定的生產(chǎn)工藝:生產(chǎn)工藝條件和方法;特種器件應先用好品開封了解和研究其結(jié)構特點.2023/12/1622IRCONFIDENTIAL一些分析途徑簡介1.非破壞性分析的根本途徑〔先實施易行的，低本錢的〕外觀檢查模式確認〔測試和試驗，比照分析〕檢漏可動微粒檢測〔PIND〕X光照相C－sam模擬試驗2023/12/1623IRCONFIDENTIAL1.C－Sam和X射線透視儀2023/12/1624IRCONFIDENTIALC－Sam和X射線透視儀的成像2023/12/1625IRCONFIDENTIAL2.半破壞性分析的根本途徑〔多余物，污染，缺陷，微區(qū)電特性和電光熱效應〕可動微粒收集內(nèi)部氣氛檢測開封：專用工具，研磨，觀察研磨面塌陷區(qū)域；濕法腐蝕〔化學法〕：硫酸，硝酸；干法腐蝕：在真空條件下，等離子體轟擊不加電的內(nèi)部檢驗：光學，SEM，微區(qū)成分；加電的內(nèi)部檢驗：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。2023/12/1626IRCONFIDENTIAL不加電的內(nèi)部檢驗設備金相顯微鏡，掃描電鏡〔SEM〕2023/12/1627IRCONFIDENTIAL能譜儀〔EDS〕及其特點2023/12/1628IRCONFIDENTIAL加電的內(nèi)部檢查2023/12/1629IRCONFIDENTIAL以電流效應為根底的定位技術2023/12/1630IRCONFIDENTIAL光發(fā)射顯微鏡定位技術2023/12/1631IRCONFIDENTIAL3.破壞性分析的根本途徑〔進一步的微區(qū)電特性，污染，缺陷〕加電的內(nèi)部檢驗〔去除鈍化層，微探針，聚焦粒子束，電子束探針〕剖切面分析〔光學，SEM,TEM)2023/12/1632IRCONFIDENTIAL去除鈍化層技術化學方法去除鈍化層在真空條件下，等離子體轟擊去除鈍化層。缺點：對半導體材料外表有損傷，而且有輻射，會影響材料的性質(zhì)2023/12/1633IRCONFIDENTIAL金相切片制備技術2023/12/1634IRCONFIDENTIAL注意：金相切片技術，要觀察金屬見化合物，還要采用適當?shù)母g液，使不同金屬或合金成分顯示不同的顏色，并且要注意過程中不能產(chǎn)生新的失效或破壞原來的失效。2023/12/1635IRCONFIDENTIAL金相切片分析方法特點破壞性方法；試樣制備周期長，需要1D，最好3D；3.試樣制備要求高；4.可直觀獲取材料內(nèi)部大量信息；5.對操作和分析人員要求較高2023/12/1636IRCONFIDENTIAL附錄：分析技術與設備清單2023/12/1637IRCONFIDENTIAL附錄：分析技術與設備清單2023/12/1638IRCONFIDENTIAL附錄：分析技術與設備清單2023/12/1639IRCONFIDENTIAL相關知識〔軍工企業(yè)的要求〕質(zhì)量問題技術歸零為徹底解決由于技術原因造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題，防止重復發(fā)生，要“定位準確，機理清楚，問題