元器件失效分析方法

wushy

器件一旦坏了，千万不要敬而远之，而应该如获至宝。
" t: |% l6 k9 }) {) f开车的人都知道，哪里最能练出驾驶水平？高速公路不行，只有闹市和不良路况才能提高水平。社会的发展就是一个发现问题解决问题的过程，出现问题不可怕，但频繁出现同一类问题是非常可怕的。

: \* ^8 i" Q3 {$ B6 i8 {失效分析基本概念
定义：对失效电子元器件进行诊断过程。
3 r8 A- N, h) m, y$ A1、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。
) s' e, x+ @$ p2、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。
+ c* e8 ]; p6 g, d# |* F0 f6 W3、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
- y. O6 S2 d5 S  t2 r. \1、收集现场场数据
0 V: {/ q$ l4 o5 }6 Z2、电测并确定失效模式
' b/ f% L* A7 \& B% N5 e2 h/ n3、非破坏检查
. m' D1 `; S2 a# k% n6 k4、打开封装
6 b7 T& O& Q% H6 e. X8 D# }5、镜验
  x; a/ i; }0 b# A7 w6、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。
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% l# N: q9 G/ C) U/ ]( {9 I) k5 `1、收集现场数据：

- r5 Q  [' `1 U; u0 e+ V# i2、电测并确定失效模式
' {. ?, g$ H$ X; ?5 R' b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。
& }  S! v) Z0 J# l5 |. ^" y
9 X: {% U, G7 h& J3 s% F% B4 p) @* l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。
) j! ]: K  T* i2 V  X* e% |8 `% z! x. U
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
( p6 O; U2 k' U# i5 [8 H0 y1 Z0 GX-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。
$ u$ a* N7 r1 _. Z+ \& v# d! K
& e: ^6 c9 X9 i0 v4 g2 D$ o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
; I& R8 S- b: w: \. W4 D" h优势：工期短，直观易分析
( |2 d5 h+ P) g劣势：获得信息有限
局限性：
  K" ~- J* ~& ]. m$ S1、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。
# c4 C3 r0 t, s1 {5 S
案例分析：
X-Ray 探伤----气泡、邦定线
X-Ray 真伪鉴别----空包弹（图中可见，未有晶粒）
/ R$ H9 @* z$ ~: G9 }“徒有其表”
下面这个才是货真价实的
X-Ray用于产地分析（下图中同品牌同型号的芯片）
% M1 s2 ~3 J: b' A. v5 q  V8 VX-Ray 用于失效分析（PCB探伤、分析）
（下面这个密密麻麻的圆点就是BGA的锡珠。下图我们可以看出，这个芯片实际上是BGA二次封装的）

. y* l7 H( ]. E$ f  T8 I4、打开封装
开封方法有机械方法和化学方法两种,按封装材料来分类，微电子器件的封装种类包括玻璃封装(二极管)、金属壳封装、陶瓷封装、塑料封装等。Œ

9 |& k  X# V' ]0 V5、显微形貌像技术
光学显微镜分析技术
% W9 a  S. ?' b2 Q/ E  w9 W扫描电子显微镜的二次电子像技术
$ O& s3 E1 Y1 k: f, x1 B" w, d" \电压效应的失效定位技术
5 l$ o8 w. `8 f& N7 p$ r- X1 E  Z/ ?6、半导体主要失效机理分析
9 s% X6 P9 U$ I4 z( k6 R6 ]电应力（EOD）损伤
, M; r7 r' u; f: r9 r8 y静电放电（ESD）损伤
封装失效
引线键合失效
$ I) }+ K  R5 A5 W! W, M' K芯片粘接不良
金属半导体接触退化
. P) v9 f: _3 f8 @/ B: p# z钠离子沾污失效
氧化层针孔失效

updown

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。

plug

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。

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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。