隨著人們對電子產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的要求越來越高，電子元器件的可靠性已引起人們的重視。如何提高電子元器件的可靠性已成為電子元器件制造中的一個熱點問題。例如，用于衛(wèi)星、飛機、船舶和計算機的電子元器件的質(zhì)量可靠性是衛(wèi)星、飛機、船舶和計算機質(zhì)量可靠性的基礎(chǔ)。這些都成為推動電子元器件可靠性和發(fā)展的動力。

　　1、失效分析的定義及意義

　　可靠性工作的目的不僅是了解和評價電子元器件的可靠性水平，而且是提高和提高電子元器件的可靠性。因此，后獲得的故障設(shè)備使用網(wǎng)站或可靠性測試，必須找到并確定測試和分析失敗的原因，并分析結(jié)果反饋給相關(guān)部門，如設(shè)計、制造和管理采取針對性和有效的糾正措施改善和提高設(shè)備的可靠性。失效分析是為了找出失效的原因或機理而進行的測試和分析的過程。

　　故障分析室是提高電子元器件可靠性的唯一途徑。元器件從設(shè)計到生產(chǎn)到應(yīng)用都可能出現(xiàn)故障，因此失效分析貫穿于電子元器件的整個生命周期。因此，有必要找出其失效原因，確定失效模式，并提出糾正措施，防止相同的失效模式和失效機理在各部件中重復(fù)出現(xiàn)，提高部件的可靠性。

　　綜上所述，失效分析的意義如下:

　　(1)通過失效分析，得到改進設(shè)計、工藝或應(yīng)用的理論和思想。

　　(2)通過了解引起故障的物理現(xiàn)象，得到預(yù)測可靠性模型公式。

　　(3)為可靠性試驗條件提供理論依據(jù)和實際分析手段。

　　(4)在處理項目中遇到的構(gòu)件問題時，為是否使用整批構(gòu)件提供決策依據(jù)。

　　(5)通過實施失效分析的糾正措施，提高了成品率和可靠性，減少了系統(tǒng)測試和運行中的故障，取得了明顯的經(jīng)濟效益。

　　2、故障分類

　　在實際應(yīng)用中，故障可以分為需要故障。按故障模式，可分為開路、短路、無功能、性能退化(劣化)、復(fù)檢合格;根據(jù)失效原因可分為誤用失效、本質(zhì)失效、早期失效、意外失效、磨損失效和自然失效。根據(jù)失效程度可分為完全失效和部分(部分)失效。根據(jù)失效時間特征和時間特征的組合，可分為突發(fā)性失效、漸進性失效、間隙性失效、穩(wěn)定性失效、突發(fā)性失效、退化性失效和可恢復(fù)性失效。根據(jù)故障后果的嚴(yán)重程度，可分為致命故障、嚴(yán)重故障和輕微故障。根據(jù)失效的關(guān)聯(lián)性和獨立性，可以將失效分為關(guān)聯(lián)失效、非關(guān)聯(lián)失效、獨立失效和依賴失效。根據(jù)故障發(fā)生的場合，可分為測試故障、現(xiàn)場故障(現(xiàn)場故障可分為調(diào)試故障、操作故障);根據(jù)失效的外在表現(xiàn)，可分為顯性失效和隱性失效。

　　3、失效機理和失效模型

　　電子元器件的失效主要發(fā)生在產(chǎn)品制造、檢測、運輸、儲存和使用過程中，與原材料、設(shè)計、制造和使用密切相關(guān)。電子元件種類繁多，其失效模式和機理也各不相同。失效機理是設(shè)備失效的根本原因，是指設(shè)備如何失效，即導(dǎo)致設(shè)備失效的物理和化學(xué)過程。然而，與此相反，它遲早也會表現(xiàn)出一系列的宏觀性能和性能變化，如疲勞、腐蝕和過應(yīng)力。我們可以根據(jù)不同的失效機理確定相應(yīng)的失效模型，并對電子元器件進行失效分析。從現(xiàn)場故障和測試來收集盡可能多的信息(包括失敗形式、現(xiàn)象和結(jié)果，等等)的總結(jié)，總結(jié)電子元件失效模式，失效機理分析和驗證，并采取有效措施的失效模式和失效機理，是一個持續(xù)的過程改進電子元器件的可靠性。電子元器件的主要失效機理為:

　　(1)過應(yīng)力(EOS):指部件所能承受的電流、電壓應(yīng)力或功率的最大允許范圍。

　　(2)靜電危害(ESD):電子設(shè)備在加工、生產(chǎn)、裝配、儲存和運輸過程中，可能會與容器、測試設(shè)備和操作人員接觸，產(chǎn)生靜電。靜電荷通過器件引腳排到地面，造成器件損壞或故障。

　　(3)鎖存效應(yīng):MOS電路中寄生PNPN晶體管的存在導(dǎo)致低阻狀態(tài)，在觸發(fā)器條件去除或終止后仍會存在低阻狀態(tài)

　　(4)電遷移(electromigration，EM):當(dāng)設(shè)備工作時，有一定的電流通過金屬互連線，金屬離子會沿著導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量傳輸，導(dǎo)致導(dǎo)體的某些部位有孔或晶須。

　　(5)熱載流子效應(yīng)(HC):熱載流子是指能量大于kT，高于費米能級的載流子。承運人和晶格不是處于熱平衡狀態(tài)，當(dāng)它的能量達到或超過硅-二氧化硅界面勢壘(3.2 eV，的電子注入孔注入4.5 eV)將注入氧化層，界面狀態(tài)和氧化物陷阱或被一個陷阱，氧化層電荷增加或波不穩(wěn)定、熱載流子效應(yīng)。

　　(6)柵極氧擊穿:在MOS器件及其電路中，柵極氧化層缺陷會導(dǎo)致柵極氧泄漏，并在一定程度上增加，構(gòu)成擊穿。

　　(7)與時間相關(guān)的介質(zhì)擊穿(TDDB):電場應(yīng)用低于內(nèi)在柵氧擊穿強度，但故障現(xiàn)象仍然發(fā)生在一段時間后，缺陷產(chǎn)生的原因和聚集在氧化層過程中壓力的應(yīng)用。

　　(8)由于金鋁之間的化學(xué)電位差，經(jīng)過長期使用或200℃以上的高溫儲存，可以產(chǎn)生多種金屬間化合物，如紫色、白色斑點等。鋁層變薄，接觸電阻增大，最終導(dǎo)致開路。在300℃高溫下也會產(chǎn)生中空，即肯德爾效應(yīng)，這種效應(yīng)是熱量迅速擴散并形成化合物在一團鋁中，在鍵合點周圍形成環(huán)狀空間。將鋁膜部分或全部分離，形成高電阻或開路。

　　(9)“爆米花效應(yīng)”:塑料包裝組件的塑料包裝材料中的水蒸氣在高溫下膨脹，導(dǎo)致塑料包裝材料與金屬框架、芯片之間產(chǎn)生分層效應(yīng)，導(dǎo)致粘接線斷裂，導(dǎo)致開路失效。

　　4、失效分析技術(shù)

　　失效分析技術(shù)是失效分析的手段和方法，主要包括六個方面:失效定位技術(shù);樣品制備技術(shù);微量分析技術(shù);強調(diào)驗證技術(shù);電子分析技術(shù);成分分析技術(shù)。

　　1.故障定位技術(shù)

　　故障定位技術(shù)的主要目的是確定檢測目標(biāo)的故障位置。隨著現(xiàn)代集成電路和電子元器件的復(fù)雜性，故障定位技術(shù)顯得尤為重要。失效定位技術(shù)的方法有很多，其中x射線、SAM等可以在不開封的情況下進行無損檢測。x射線可用于觀察元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及多層印制電路板、內(nèi)部引線開路或短路、焊接缺陷、焊料缺陷、封裝裂紋、孔洞、電橋、石柱及器件泄漏缺陷。SAM可以觀察材料內(nèi)部的裂紋、層狀缺陷、空洞、氣泡、空洞等。如果x射線和SAM無法檢測到失效部位，則需要打開部件，然后通過顯微鏡檢查等其他方法進行失效部位的檢測。

　　2.樣品制備技術(shù)

　　為了解決大多數(shù)失效分析，需要解剖分析技術(shù)，即對試樣進行切片分析，同時不損傷觀察和試驗部件。樣品制備步驟一般包括打開包裝，去除鈍化層，對于多層芯片，去除層間介質(zhì)。打開的包裝可以用機械或化學(xué)方法打開。脫氫層可進行化學(xué)腐蝕或等離子體腐蝕(如ICP、RIE)或FIB等。

　　3.微量分析技術(shù)

　　上述失效原因分析、失效機理確定和失效定位都需要使用微分析技術(shù)。微觀分析一般使用多種顯微鏡，它們各有優(yōu)缺點，如景深成像立體強立體顯微鏡;金相顯微鏡具有良好的平面成像效果和突出的色彩;高放大率SEM(高達幾十萬倍);樣品制備要求高，可以觀察到晶格結(jié)構(gòu)的透射電鏡。紅外顯微鏡成像精度低，操作方便;應(yīng)根據(jù)實際情況選用成像精度較高的光輻射顯微鏡。

　　4.壓力驗證技術(shù)

　　電子元器件在不同環(huán)境下的可靠性存在差異，如在不同濕度和溫度下產(chǎn)生的應(yīng)力，在不同電流和電壓下產(chǎn)生的電應(yīng)力等，都會導(dǎo)致電子元器件性能的變化，或發(fā)生故障。因此，可以模擬各種環(huán)境參數(shù)來驗證構(gòu)件在各種應(yīng)力作用下的可靠性。

　　5.電子分析技術(shù)

　　電子失效分析方法有很多，如EBT、EPMA、SEM、TEM、AES等。

　　6.成分分析技術(shù)

　　有必要確定零件的組成部分和零件的一部分，即使用零件分析技術(shù)，以確定是否存在污染，或零件是否正確，并影響零件的性能。EDS、EDAX、AES、SIMS等。

　　失效分析的分析師的主觀能動性，第一個完全理解失效分析的過程，失敗后收集信息，判斷和失效機理的可能原因，并選擇上面的描述失效分析技術(shù)在一個或多個猜來驗證或否認，和修改懷疑和失敗的原因機制，工藝驗證和消極的重復(fù)，直到你得出結(jié)論。

　　整個失效分析過程都是以分析人員的主觀判斷為基礎(chǔ)，輔以各種實驗手段，對猜想的正面或負面給出證據(jù)，最后得出結(jié)論。

「電子元器件處理」靜電對電子元器件的危害