《失效分析技術(shù)》ppt課件

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1、電子元器件失效分析技術(shù)FailureAnalysis編著：張紅波一、電子元器件失效分析技術(shù)1.1、失效分析的基本概念1.2、失效分析的重要意義1.3、失效分析的一般程序1.4、收集失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)1.5、以失效分析為目的的電測(cè)技術(shù)1.6、無(wú)損失效分析技術(shù)1.7、樣品制備技術(shù)1.8、顯微形貌像技術(shù)1.9、以測(cè)量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)1.10、以測(cè)量電流效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)1.11、電子元器件化學(xué)成份分析技術(shù)1.1失效分析的基本概念目的：確定失效模式和失效機(jī)理，提出糾正措施，防止這種失效模式和失效機(jī)理重復(fù)出現(xiàn)。失效模

2、式：指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開(kāi)路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。失效機(jī)理：指失效的物理化學(xué)過(guò)程，如疲勞、腐蝕和過(guò)應(yīng)力等。引起開(kāi)路失效的主要原因：過(guò)電損傷、靜電擊穿（SEM、圖示儀）、金屬電遷移、金屬的化學(xué)腐蝕、壓焊點(diǎn)脫落、閂鎖效應(yīng)。其中淀積Al時(shí)提高硅片的溫度可以提高Al原子的晶塊體積，可以改善電遷移。典型的閂鎖效應(yīng)電源對(duì)地的I－V曲線(xiàn)VI引起漏電和短路失效的主要原因：顆粒引發(fā)短路、介質(zhì)擊穿、PN結(jié)微等離子擊穿、Si－Al互溶Al穿釘VIVI正常PN結(jié)反向曲線(xiàn)微等離子擊穿PN結(jié)反向曲線(xiàn)引起參數(shù)漂移的主要原因：封裝

3、內(nèi)水汽凝結(jié)、介質(zhì)的離子粘污、歐姆接觸退化、金屬電遷移、輻射損傷例：Pad點(diǎn)處無(wú)鈍化層，有水汽的話(huà)，會(huì)導(dǎo)致短路，水汽蒸發(fā)后又恢復(fù)絕緣性，表現(xiàn)為工作時(shí)參數(shù)不穩(wěn)定。失效物理模型：1、應(yīng)力－強(qiáng)度模型（適于瞬間失效）失效原因：應(yīng)力>強(qiáng)度例如：過(guò)電應(yīng)力（EOS）、靜電放電（ESD）、閂鎖（Latchup）等。2、應(yīng)力－時(shí)間模型（適于緩慢退化）失效原因：應(yīng)力的時(shí)間積累效應(yīng)，特性變化超差。例如：金屬電遷移、腐蝕、熱疲勞等。3、溫度應(yīng)力－時(shí)間模型反應(yīng)速度符合下面的規(guī)律（M是溫度敏感參數(shù)，E是與失效機(jī)理有關(guān)的激活能）（﹡十度法則：從室溫開(kāi)

4、始，每提高10度，壽命減半）積分產(chǎn)品平均壽命的估算BlnL1.2失效分析的重要意義電子元器件研制階段糾正設(shè)計(jì)和研制中的錯(cuò)誤，縮短研制周期電子元器件生產(chǎn)階段、測(cè)試和使用階段查找失效原因，判定失效的責(zé)任方根據(jù)分析結(jié)果，生產(chǎn)廠(chǎng)可以改進(jìn)元器件的設(shè)計(jì)和工藝，用戶(hù)可以改進(jìn)電路板的設(shè)計(jì)、改進(jìn)器件和整機(jī)的測(cè)試和使用的環(huán)境參數(shù)或者改變供貨商。失效分析案例案例1：GaAs微波器件的失效分析，表現(xiàn)為緩慢減小，通過(guò)研究金屬－半導(dǎo)體接觸退化的機(jī)理，確定了金半接觸處原子互擴(kuò)散是根本原因，提出了增加阻擋層作為改進(jìn)措施，通過(guò)對(duì)比改進(jìn)前后的可靠性評(píng)價(jià)，

5、證明了失效分析的有效性。MESFET端面圖半絕緣GaAs襯底SGD導(dǎo)電溝道N＋為最大飽和漏電流＋＋＋＋1.3失效分析的一般程序1、收集失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)2、電測(cè)并確定失效模式3、非破壞性分析4、打開(kāi)封裝5、鏡檢6、通電激勵(lì)芯片7、失效定位8、對(duì)失效部位進(jìn)行物理、化學(xué)分析9、綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施1.4收集失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)1.4.1、應(yīng)力類(lèi)型與元器件失效模式或機(jī)理的關(guān)系舉例1.4.2收集失效現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容失效環(huán)境、失效應(yīng)力、失效發(fā)生期以及失效樣品在失效前后的電測(cè)試結(jié)果。失效環(huán)境包括：溫度、濕度、電源環(huán)境、元器件在

6、電路圖上的位置和所受電偏置的情況。失效應(yīng)力包括：電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、氣候應(yīng)力和輻射應(yīng)力。失效發(fā)生期包括：失效樣品的經(jīng)歷、失效時(shí)間處于早期失效、隨機(jī)失效或磨損失效。1.5以失效分析為目的的電測(cè)技術(shù)電子元器件的電測(cè)失效分類(lèi)：連接性失效（開(kāi)路、短路、電阻變化等）多數(shù)是ESD和EOS引起的，比例大概50％。電參數(shù)失效（值超出范圍和參數(shù)不穩(wěn)定）例如：電流增益、光電流、暗電流等。功能失效（給定輸入信號(hào)，輸出異常）多數(shù)是集成電路。電子元器件電測(cè)失效之間的相關(guān)性例如數(shù)字集成電路，連接性失效可引起電參數(shù)失效和功能失效。輸入端漏電

7、－>輸入電流Iin、輸入電壓Vin達(dá)不到要求－>功能失效、靜態(tài)電流IDDQ失效輸入端開(kāi)路和輸出端開(kāi)路－>功能失效電源對(duì)地短路－>功能失效、靜態(tài)電源電流IDDQ失效電測(cè)的重要結(jié)論：電測(cè)失效模式可能多種模式共存。一般只有一個(gè)主要失效模式，該失效模式可能引發(fā)其他失效模式。連接性失效，電參數(shù)失效和功能失效呈遞增趨勢(shì)，功能失效和電參數(shù)失效時(shí)?？梢詺w結(jié)于連接性失效。在缺少?gòu)?fù)雜功能測(cè)試設(shè)備時(shí)，有可能用簡(jiǎn)單的連接性測(cè)試和參數(shù)測(cè)試，結(jié)合物理失效分析技術(shù)，仍然可以獲得令人滿(mǎn)意的失效分析結(jié)果。1.6無(wú)損失效分析技術(shù)定義：不必打開(kāi)封裝對(duì)樣品進(jìn)

8、行失效定位和失效分析的技術(shù)。無(wú)損失效分析技術(shù)：X射線(xiàn)透視技術(shù)和反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（C－SAM）表2、X射線(xiàn)透視技術(shù)和反射式掃描聲學(xué)顯微術(shù)（C－SAM）的比較名稱(chēng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要原理X射線(xiàn)透視技術(shù)(X-Ray)以低密度區(qū)為背景，觀察材料的高密度區(qū)的密度異常點(diǎn)（主要用來(lái)判定引線(xiàn)斷裂）透視X光被樣品局部吸收后成像的異常反射式掃描聲學(xué)顯微