元器件失效分析基本概念与机理分析-电子发烧友网

器件一旦坏了，千万不要敬而远之，而应该如获至宝。

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失效分析基本概念

定义：对失效电子元器件进行诊断过程。

1、进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。

2、失效分析的目的是确定失效模式和失效机理，提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。

3、失效模式是指观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能失效等。

4、失效机理是指失效的物理化学过程，如疲劳、腐蚀和过应力等。

失效分析的一般程序

1、收集现场场数据

2、电测并确定失效模式

3、非破坏检查

4、打开封装

5、镜验

6、通电并进行失效定位

7、对失效部位进行物理、化学分析，确定失效机理。

8、综合分析，确定失效原因，提出纠正措施。

1、收集现场数据：

应力类型	试验方法	可能出现的主要失效模式
电应力	静电、过电、噪声	MOS器件的栅击穿、双极型器件的pn结击穿、功率晶体管的二次击穿、CMOS电路的闩锁效应
热应力	高温储存	金属－半导体接触的Al－Si互溶，欧姆接触退化，pn结漏电、Au-Al键合失效
低温应力	低温储存	芯片断裂
低温电应力	低温工作	热载流子注入
高低温应力	高低温循环	芯片断裂、芯片粘接失效
热电应力	高温工作	金属电迁移、欧姆接触退化
机械应力	振动、冲击、加速度	芯片断裂、引线断裂
辐射应力	X射线辐射、中子辐射	电参数变化、软错误、CMOS电路的闩锁效应
气候应力	高湿、盐雾	外引线腐蚀、金属化腐蚀、电参数漂移

2、电测并确定失效模式

电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。

连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。这类失效容易测试，现场失效多数由静电放电（ESD）和过电应力（EOS）引起。
电参数失效，需进行较复杂的测量，主要表现形式有参数值超出规定范围（超差）和参数不稳定。

确认功能失效，需对元器件输入一个已知的激励信号，测量输出结果。如测得输出状态与预计状态相同，则元器件功能正常，否则为失效,功能测试主要用于集成电路。

三种失效有一定的相关性,即一种失效可能引起其它种类的失效。功能失效和电参数失效的根源时常可归结于连接性失效。在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下，有可能用简单的连接性测试和参数测试方法进行电测，结合物理失效分析技术的应用仍然可获得令人满意的失效分析结果。

3、非破坏检查

X-Ray检测，即为在不破坏芯片情况下，利用X射线透视元器件（多方向及角度可选），检测元器件的封装情况，如气泡、邦定线异常，晶粒尺寸，支架方向等。

适用情境：检查邦定有无异常、封装有无缺陷、确认晶粒尺寸及layout

优势：工期短，直观易分析

劣势：获得信息有限

局限性：

1、相同批次的器件，不同封装生产线的器件内部形状略微不同；

2、内部线路损伤或缺陷很难检查出来，必须通过功能测试及其他试验获得。

案例分析：

X-Ray探伤----气泡、邦定线