元器件失效分析方法

元器件失效分析方法

器件一旦壞了，千萬不要敬而遠之，而應該如獲至寶。

開車的人都知道，哪里最能練出駕駛水平？高速公路不行，只有鬧市和不良路況才能提高水平。社會的發展就是一個發現問題解決問題的過程，出現問題不可怕，但頻繁出現同一類問題是非常可怕的。

失效分析基本概念

定義：對失效電子元器件進行診斷過程。

1、進行失效分析往往需要進行電測量并采用先進的物理、冶金及化學的分析手段。

2、失效分析的目的是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的重復出現。

3、失效模式是指觀察到的失效現象、失效形式，如開路、短路、參數漂移、功能失效等。

4、失效機理是指失效的物理化學過程，如疲勞、腐蝕和過應力等。

失效分析的一般程序

1、收集現場場數據

2、電測并確定失效模式

3、非破壞檢查

4、打開封裝

5、鏡驗

6、通電并進行失效定位

7、對失效部位進行物理、化學分析，確定失效機理。

8、綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施。

1、收集現場數據：

應力類型	試驗方法	可能出現的主要失效模式
電應力	靜電、過電、噪聲	MOS器件的柵擊穿、雙極型器件的pn結擊穿、功率晶體管的二次擊穿、CMOS電路的閂鎖效應
熱應力	高溫儲存	金屬－半導體接觸的Al－Si互溶，歐姆接觸退化，pn結漏電、Au-Al鍵合失效
低溫應力	低溫儲存	芯片斷裂
低溫電應力	低溫工作	熱載流子注入
高低溫應力	高低溫循環	芯片斷裂、芯片粘接失效
熱電應力	高溫工作	金屬電遷移、歐姆接觸退化
機械應力	振動、沖擊、加速度	芯片斷裂、引線斷裂
輻射應力	X射線輻射、中子輻射	電參數變化、軟錯誤、CMOS電路的閂鎖效應
氣候應力	高濕、鹽霧	外引線腐蝕、金屬化腐蝕、電參數漂移

2、電測并確定失效模式

電測失效可分為連接性失效、電參數失效和功能失效。

連接性失效包括開路、短路以及電阻值變化。這類失效容易測試，現場失效多數由靜電放電（ESD）和過電應力（EOS）引起。

電參數失效，需進行較復雜的測量，主要表現形式有參數值超出規定范圍（超差）和參數不穩定。

確認功能失效，需對元器件輸入一個已知的激勵信號，測量輸出結果。如測得輸出狀態與預計狀態相同，則元器件功能正常，否則為失效,功能測試主要用于集成電路。

三種失效有一定的相關性,即一種失效可能引起其它種類的失效。功能失效和電參數失效的根源時常可歸結于連接性失效。在缺乏復雜功能測試設備和測試程序的情況下，有可能用簡單的連接性測試和參數測試方法進行電測，結合物理失效分析技術的應用仍然可獲得令人滿意的失效分析結果。

3、非破壞檢查

名稱	應用優勢	主要原理
X射線透視技術	以低密度區為背景，觀察材料的高密度區的密度異常點	透視X光的被樣品局部吸收后成象的異常
反射式掃描聲學顯微術（C－SAM）	以高密度區為背景，觀察材料內部空隙或低密度區	超聲波遇空隙受阻反射


4、打開封裝

開封方法有機械方法和化學方法兩種,按封裝材料來分類，微電子器件的封裝種類包括玻璃封裝(二極管)、金屬殼封裝、陶瓷封裝、塑料封裝等。?

機械開封

?化學開封

5、顯微形貌像技術

光學顯微鏡分析技術

掃描電子顯微鏡的二次電子像技術

電壓效應的失效定位技術

6、半導體主要失效機理分析

電應力（EOD）損傷

靜電放電（ESD）損傷

封裝失效

引線鍵合失效

芯片粘接不良

金屬半導體接觸退化

鈉離子沾污失效

氧化層針孔失效