电子元器件失效分析技术与案例（概要）_中国赛宝实验室_31页.pdf

电子元器件失效分析技术与案例（概要）中国赛宝实验室中国赛宝实验室 可靠性研究分析中心可靠性研究分析中心可靠性物理国家级重点实验室可靠性物理国家级重点实验室张晓明张晓明（020020）8723716187237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161目录?引言基本技术术语失效分析的目的失效分析的应用?失效分析程序基本程序主要设备与作用?常见失效模式EOS/ESD工艺问题?典型案例信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161引言引言基本技术术语?失效丧失功能或降低到不能满足规定的要求。?失效模式失效现象的表现形式，与产生原因无关。如开路、短路、参数漂移、不稳定等?失效机理失效模式的物理化学变化过程，并对导致失效的物理化学变化提供了解释。如电迁移开路，银电化学迁移短路?应力驱动产品完成功能所需的动力和加在产品上的环境条件。是产品退化的诱因。继电器、铝电解、DC/DC、连接器的失效原因信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161引言引言铝电解电容器潜在失效因素铝电解电容器潜在失效因素铆接缺陷少液纹波电流直流偏压振动盐雾电解液Cl异常过碱性封接缺陷Al2O3介质膜工艺缺陷空洞铝屑缝膜薄电容器失效浪涌电压容量下降温度水汽短路、开路电应力环境应力漏电、损耗信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161引言引言失效分析的目的?找出失效原因?追溯产品的设计（含选型）制造使用、管理存在的不良因素?提出纠正措施，预防失效的再发生，改进管理?提高产品可靠性，降低全寿命周期成本信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序?基本程序?失效分析设备和作用信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序失效分析的基本方法与程序报告报告失效定位失效定位失效机理分析失效机理分析失效原因分析失效原因分析破坏性分析破坏性分析无损分析无损分析信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序FA设备形貌观察分析?目的获取失效部位的位置特征和形貌变化特征，求证失效形貌变化过程及其产生原因。?主要设备o光学显微镜o扫描电子显微镜信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序FA设备微形貌分析：微发光、微发热键合缺陷闩锁效应ESD损伤信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序FA设备开封、制样开封机?目的目的把失效部位暴露到最表面，实现对失效部位的形貌、成份、微观结构和电参数分析。?主要设备主要设备化学喷射腐蚀开封机械开封镶嵌制样、剖面制作研磨机信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序金相切片分析举例金相切片分析举例BGA焊点失效焊点失效金属化孔失效金属化孔失效信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序FA设备电性能分析?目的电性能评价，分析样品失效前后电性能变化特征电性能定位、电参数变化与失效机理的求证。?主要设备oIV特性曲线分析o 半导体参数分析o LCR参数分析o 抗静电放电能力分析o集成电路参数分析o 机械探针分析o 绝缘、耐压分析信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序FA设备电性能分析信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161FA设备成份分析失效分析程序?目的实现失效部位成份变化特征分析，求证微区成份变化过程污染、互熔、互扩散、新物质产生、外来物。?主要设备 X射线能谱EDX 俄歇谱AES 光电子能谱 红外光谱二次离子质谱SIMS EDAX AES SIMS 检测元素N原子序数N5 N2 全部 灵敏度（）1 0.1 10-4 深度分辨率（nm）1000 1 1 横向分辨率（nm）1000 300 1000 信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序SIMSFA设备成份分析EDX红外光谱FT-IR信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161失效分析程序FA设备成份分析红外显微镜分析红外显微镜分析 FTIR Microscopy失效原因分析1.焊点表面（有机）污染物分析（分析腐蚀失效原因）焊点表面（有机）污染物分析（分析腐蚀失效原因）2.可焊性不良的焊盘表面有机污染物分析可焊性不良的焊盘表面有机污染物分析（分析焊点开路或虚焊的深层次原因）（分析焊点开路或虚焊的深层次原因）金手指有机沾污信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161常见失效模式失效模式分布:?EOS/ESD?工艺问题信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161常见失效模式半导体器件、IC和HIC失效模式分布（原因）05101520253035EOS/ESD烧结etc芯片使用不当其他分立器件单片ICHIC信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161常见失效模式CMOS电路闩锁失效集成电路ESD损伤信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161常见失效模式多数电子元器件对静电放电敏感多数电子元器件对静电放电敏感电子生产中产生的静电势的典型值（单位：V）相对湿度 事件 10 40 50 走过乙烯地毯 12000 5000 3000 在工作椅上操作人员的移动 6000 800 400 将 DIP 封装的器件从塑料管中取出2000 700 400 将印刷电路板装进泡沫包装盒中 21000 11000 5500 信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161常见失效模式（制造工艺）键合失效信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161键合强度不合格，芯片键合点脱离键合强度不合格，芯片键合点脱离键合强度不合格，芯片键合点脱离键合强度不合格，芯片键合点脱离B B 键合前，键合区曾经划过或曾键合并废弃键合前，键合区曾经划过或曾键合并废弃键合前，键合区曾经划过或曾键合并废弃键合前，键合区曾经划过或曾键合并废弃C C 键合点从键合区金属化层和氧化层间剥离键合点从键合区金属化层和氧化层间剥离键合点从键合区金属化层和氧化层间剥离键合点从键合区金属化层和氧化层间剥离常见失效模式和控制方法（制造工艺）信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161典型案例?案例1 VDMOS过功率失效?案例2 DC/DC模块热设计改进信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161典型案例案例1 VDMOS场效应晶体管过功率失效?产品：DCDC（54V5V）电源转换模块?现象：输入电子开关大功率VDMOS场效应晶体管频繁烧毁?应用电路?存在问题信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161典型案例案例1 存在问题?开启和关断时间过长，器件在线性区过功率工作，器件过热?VDMOS场效应管并联工作不能（或难以）均分每个管子的电流?供应商调整了器件芯片结构，未通知用户。信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161典型案例案例2 DC/DC热设计改进原设计电路中，右上角一片式电容器的表面温度已高达159，超出了该电容器125的温度上限设计改进后，电容器的表面温度下降到115，降低了44，产品一次通过了高温负荷寿命试验信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161更多案例?材料缺陷?工艺缺陷?ESD失效?浪涌失效?沾污失效信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161FA案例器件材料缺陷1磁材料破裂磁性材料断裂磁性材料断裂断口呈现过烧结玻化断口呈现过烧结玻化正常材料呈现石榴型结构正常材料呈现石榴型结构夹杂物晶界裂金属断裂金属断裂晶粒裂机械力差脆性晶粒裂机械力差脆性夹杂物机械力差脆性夹杂物机械力差脆性信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161FA案例器件工艺缺陷 2芯片焊料烧结空洞散热不良芯片过热烧毁芯片焊料烧结空洞散热不良芯片过热烧毁烧结空洞图例焊料流失焊料流失信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161样品外观样品外观马达产生的反向电压马达关时，产生大于马达产生的反向电压马达关时，产生大于100V反向电压，该电压通过管子反向电压，该电压通过管子SG及及SD，引起，引起SG或或SD击穿而失效击穿而失效芯片全貌芯片全貌电压击穿点电压击穿点FA案例电路中电压瞬变引起失效案例电路中电压瞬变引起失效信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161信息产业部电子第五研究所可靠性研究分析中心(020)87237161谢谢！