电子元器件失效分析技术-new

IRCONFIDENTIAL2020/1/241电子元器件失效分析_______培训总结报告尤利宁贺永红2006-7-6IRCONFIDENTIAL2020/1/242提纲：1.可靠性的基本概念和新的观念；2.失效分析的8个步骤；3.失效分析的概念，目的，作用，对象和分类；4.与我们生产有关的例子；5.失效分析的新技术。IRCONFIDENTIAL2020/1/243一.关于可靠性？电子产品可靠性定义：是指产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力，它是电子产品质量的一个重要组成部分。可靠性的表征：寿命；失效率；故障；MTBF；返修；赔偿……注：电子产品的寿命：包括硬件寿命到期；技术寿命到期（过了换代期的电子产品）IRCONFIDENTIAL2020/1/244传统可靠性观念：是以失效数据的统计和分析为手段，表征产品的可靠性，比如MTBF。可靠性的新观念：是以失效分析为手段，寻找失效的根本原因，并加以解决以达到从根本上提高可靠性的目的。几个概念：可靠性强化试验(RET,ReliabilityEnhancementTesting）,或称为步进应力试验；高加速寿命试验HALT，高加速应力筛选HASS等面向失效分析的可靠性新技术失效物理学（Pof，PhysicsofFailure），把失效作为主体研究，通过激发，研究和根治失效达到提高可靠性的目的可靠性工程新旧观念对比IRCONFIDENTIAL2020/1/245可靠性观念变化比较传统观念现时观念可靠性是一种成本可靠性是一种资产遵照规范操作为用户提供价值可靠性公式和手册保证可靠性良好的设计和生产与设计和生产脱离与设计和生产融为一体只用MTBF作为可靠性统计参数同时用故障率和有效寿命作为可靠性的统计参数检测故障，协调解决分析故障，消除故障重复运作改进运作IRCONFIDENTIAL2020/1/246失效物理方法的8个步骤：1.确定真正的系统要求；2.确定使用环境；（包括生产环境，但这点经常被忽略）3.验明潜在的失效部位和失效机理；4.采用可靠的原材料的元器件；5.设计可靠的产品；6.鉴定加工和装配过程；7.控制加工和装配过程；（从设计和制造过程加强可靠性）8.对产品的寿命期成本和可靠性进行管理（采购后到达到使用寿命结束这中间的所有管理，培训，控制等等成本之和）IRCONFIDENTIAL2020/1/247另一领域的失效分析医药学的历史与人类的病痛一样长，大量医药科学的进步都是建立在外科医生的尸体解剖上。（仁慈的东方人除外）；在这个专业领域，这一做法通常称为“失效分析”；每个失效部件都应被视为进行可靠性改进的机会，从这个角度讲，失效部件有时甚至是“珍贵的”这个例子可以帮助我们理解失效分析的作用和失效部件的重要性。IRCONFIDENTIAL2020/1/248二.失效分析基本概念失效：功能退化或着功能丧失；失效模式：失效现象的表现形式，如开路，短路，参数漂移，不稳定等；失效机理：导致失效的物理化学变化过程，和对这一过程的解释，如电迁移开路，银电化学迁移短路。工程上，也会把失效原因说成失效机理。应力：驱动产品完成功能所需的动力和产品经历的环境条件。是产品退化的诱因；缺陷：IRCONFIDENTIAL2020/1/249失效分析的目的和作用失效分析:是对已失效的器件进行的一种事后检查，使用电测试和先进的物理，进行和化学分析技术，验证所报告的失效，确定其失效模式，找出失效机理。失效分析程序应得出相应结论，确定失效原因或相应关系，或着在生产工艺，器件设计，试验或应用方面采取措施，以消除失效模式或机理产生的原因，或防止其重新出现。IRCONFIDENTIAL2020/1/2410失效分析的对象实物对象：包括已发生失效或发生重要变化的测试结构，半成品，试制品，试验品，整机应用以及外场应用失效品。过程对象：包括元器件的研发过程和应用过程。研发过程:可细分为设计优化，制造工艺优化，测试筛选与评价试验优化等过程（比如HexfredIr漂移事件的解决，我们设计新的筛选程序）；应用过程：元器件选型，二次筛选条件优化，设备研制生产中的故障控制对策，可靠性增长，全寿命维护等（更偏向用户）IRCONFIDENTIAL2020/1/2411失效模式的概念和种类失效模式：就是失效的外在表现形式，不需要深入说明其物理原因按持续性分类：致命性失效，间歇失效，缓慢退化；按失效时间分类：早期失效，随即失效，磨损失效；按电测试结果分类：开路，短路或漏电，参数漂移，功能失效按失效原因分类：EOS（ElectricaloverStress/ESD(ElectrostaticDischarge);制作工艺不良。IRCONFIDENTIAL2020/1/2412三.一些例子Eg1.ESD失效机理－解释定义：处于不同静电电位的两个物体间发生的静电电荷转移就形成了ESD，这种静电放电将给电子元件带来损伤，引起产品失效。电子元器件由静电放电引发的失效可分为：突发性失效和潜在性失效两种模式。IRCONFIDENTIAL2020/1/2413突发性失效：是指元器件受到ESD损伤后，突然完全丧失其规定的功能，主要表现为开路，短路或参数严重漂移。潜在性失效：是指静电放电能量较低，仅在元器件内部造成轻微损伤，放电后器件电参数仍能合格或略有变化，但器件的抗过电的能力已经明显削弱，再受到工作应力后将进一步退化，使用寿命将明显缩短。IRCONFIDENTIAL2020/1/2414ESD失效的不同机理过电压场致失效：发生于MOS器件，包括含有MOS电容或钽电容的双极性电路和混合电路；过电流热致失效：多发生于双极器件，包括输入用pn结二极管保护电路的MOS电路，肖特基二极管以及含有双极器件的混合器件实际发生哪种失效，取决于静电放电回路的绝缘程度！如果放电回路阻抗较低，绝缘性差，器件往往会因放电期间的强电流脉冲导致高温损伤，这属于过电流损伤；相反，因阻抗高，绝缘性好，器件接受高电荷而产生高压，导致强电场损伤，属于过压损伤。IRCONFIDENTIAL2020/1/2415ESD损伤图片IRCONFIDENTIAL2020/1/2416IRCONFIDENTIAL2020/1/2417IRCONFIDENTIAL2020/1/2418Eg2.塑封器件分层效应（“爆米花效应”）”爆米花效应“是指塑封器件塑封材料内的水份在高温下受热发生膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分层，拉断键合丝，发生开路失效或间歇失效。IRCONFIDENTIAL2020/1/2419TOHDTODDT－Post分层效应C－Sam图片IRCONFIDENTIAL2020/1/24201.基本思路：信息分析（失效环境，标准，规范，经验）失效模式确认（通过测试，试验，对比分析）可能的失效机理（在前两项的基础上）寻找证据（物理，化学，试验）原因推演必要的验证和结论四.失效分析技术与设备IRCONFIDENTIAL2020/1/24212.基本流程：失效现场信息调查外观检查失效模式确认方案设计非破坏性分析破坏性分析综合分析报告编写操作原则：先外部后内部；先非破坏性后半破坏性；最后破坏性；避免引进新的失效机理。IRCONFIDENTIAL2020/1/24223.失效信息调查与方案设计信息类别：基本信息：包括处于管理需要的信息，包括样品来源，型号，批次，编号，时间，地点等。技术信息：是判断可能的失效机理和失效分析方案设计的重要依据。特定使用应用信息:整机故障现象,异常环境,在整机中的状态,应用电路,二次筛选应力,失效历史,失效比例,失效率及随时间的变化.特定的生产工艺:生产工艺条件和方法;特种器件应先用好品开封了解和研究其结构特点.IRCONFIDENTIAL2020/1/2423一些分析途径简介1.非破坏性分析的基本途径（先实施易行的，低成本的）•外观检查•模式确认（测试和试验，对比分析）•检漏•可动微粒检测（PIND）•X光照相•C－sam•模拟试验IRCONFIDENTIAL2020/1/24241.C－Sam和X射线透视仪IRCONFIDENTIAL2020/1/2425C－Sam和X射线透视仪的成像IRCONFIDENTIAL2020/1/24262.半破坏性分析的基本途径（多余物，污染，缺陷，微区电特性和电光热效应）•可动微粒收集•内部气氛检测•开封：专用工具，研磨，观察研磨面塌陷区域；湿法腐蚀（化学法）：硫酸，硝酸；干法腐蚀：在真空条件下，等离子体轰击•不加电的内部检验：光学，SEM，微区成分；•加电的内部检验：微探针，热像，光发射，电压衬度像，束感生电流像，电子束探针。IRCONFIDENTIAL2020/1/2427不加电的内部检验设备金相显微镜，扫描电镜（SEM）IRCONFIDENTIAL2020/1/2428能谱仪（EDS）及其特点IRCONFIDENTIAL2020/1/2429加电的内部检查IRCONFIDENTIAL2020/1/2430以电流效应为基础的定位技术IRCONFIDENTIAL2020/1/2431光发射显微镜定位技术IRCONFIDENTIAL2020/1/24323.破坏性分析的基本途径（进一步的微区电特性，污染，缺陷）•加电的内部检验（去除钝化层，微探针，聚焦粒子束，电子束探针）•剖切面分析（光学，SEM,TEM)IRCONFIDENTIAL2020/1/2433去除钝化层技术化学方法去除钝化层在真空条件下，等离子体轰击去除钝化层。缺点：对半导体材料表面有损伤，而且有辐射，会影响材料的性质IRCONFIDENTIAL2020/1/2434金相切片制备技术IRCONFIDENTIAL2020/1/2435注意：金相切片技术，要观察金属见化合物，还要采用适当的腐蚀液，使不同金属或合金成分显示不同的颜色，并且要注意过程中不能产生新的失效或破坏原来的失效。IRCONFIDENTIAL2020/1/2436金相切片分析方法特点1.破坏性方法；2.试样制备周期长，需要1D，最好3D；3.试样制备要求高；4.可直观获取材料内部大量信息；5.对操作和分析人员要求较高IRCONFIDENTIAL2020/1/2437附录：分析技术与设备清单IRCONFIDENTIAL2020/1/2438附录：分析技术与设备清单IRCONFIDENTIAL2020/1/2439附录：分析技术与设备清单IRCONFIDENTIAL2020/1/2440相关知识（军工企业的要求）质量问题技术归零为彻底解决由于技术原因造成的产品质量问题，避免重复发生，要“定位准确，机理清楚，问题复现，措施有效，举一反三”，并形成文件。质量问题管理归零“过程清楚，责任明确，措施落实，严肃处理，完善规章”IRCONFIDENTIAL2020/1/2441Summary：1.可靠性的基本概念和新的观念；2.失效分析的概念，目的，作用，对象和分类；3.失效分析的8个步骤；4.与我们生产有关的例子；5.失效分析的新技术。IRCONFIDENTIAL2020/1/2442That’stheEND!verymuch!