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)場數(shù)據(jù)
1.5、以失效分析為目的的電測技術(shù)
1.6、無損失效分析技術(shù)
1.7、樣品制備技術(shù)
1.8、顯微形貌像技術(shù)
1.9、以測量電壓效應(yīng)為基礎(chǔ)的失效定位技術(shù)
1.10、以測量電流效應(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理，提出糾正 措施，防止這種失效模式和失效機理重復(fù)出現(xiàn)。
失效模式：指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形 式，如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。失效機理：指失效的物理化學(xué)過程，如疲勞、 腐蝕和過應(yīng)力等。

引起開路失效的主要原因：
過電損傷、靜電擊穿（SEM、圖示儀）、金 屬電遷移、金屬的化學(xué)腐蝕、壓焊點脫落、閂鎖效應(yīng)。其中淀積Al時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)電源對地的I－V曲線

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

引起參數(shù)漂移的主要原因：
封裝內(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點處無鈍化層，有水汽的話，會導(dǎo)致短 路，水汽蒸發(fā)后又恢復(fù)絕緣性，表現(xiàn)為工作 時參數(shù)不穩(wěn)定。
失效物理模型：
1、應(yīng)力－強度模型（適于瞬間失效）
失效原因：應(yīng)力>強度
例如：過電應(yīng)力（EOS）、靜電放電（ESD）、閂鎖（Latch up）等。
2、應(yīng)力－時間模型（適于緩慢退化）
失效原因：應(yīng)力的時間積累效應(yīng)，特性變化 超差。
例如：金屬電遷移、腐蝕、熱疲勞等。

1.2失效分析的重要意義

電子元器件研制階段
糾正設(shè)計和研制中的錯誤，縮短研制周期
電子元器件生產(chǎn)階段、測試和使用階段 查找失效原因，判定失效的責任方
根據(jù)分析結(jié)果，生產(chǎn)廠可以改進元器件的設(shè)計和工藝，用戶可以改進電路板的設(shè)計、改進器件和整機的測試和使用的環(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，通過研究金屬－半導(dǎo)體接觸退化的機理，確定了金半接觸處原子互擴散是根本原因，提出了增加阻擋層作為改進措施，通過對比改進前后的可靠性評價，證明了失效分析的有效性。

1.3失效分析的一般程序
1、收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù)
2、電測并確定失效模式
3、非破壞性分析
4、打開封裝
5、鏡檢
6、通電激勵芯片
7、失效定位
8、對失效部位進行物理、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)場數(shù)據(jù)
1.4.1、應(yīng)力類型與元器件失效模式或機理的關(guān)系舉例

1.4.2收集失效現(xiàn)場數(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試結(jié)果。

失效環(huán)境包括：溫度、濕度、電源環(huán)境、元器件在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、失效時間處于早期失效、隨機失效或磨損失效。

1.5以失效分析為目的的電測技術(shù)
電子元器件的電測失效分類：
連接性失效（開路、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，輸出異常） 多數(shù)是集成電路。

電子元器件電測失效之間的相關(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－>輸入電流Iin、輸入電壓Vin達不到要求－>功能失效、靜態(tài)電流IDDQ失效
輸入端開路和輸出端開路－>功能失效
電源對地短路－>功能失效、靜態(tài)電源電流IDDQ失效

電測的重要結(jié)論：

電測失效模式可能多種模式共存。
一般只有一個主要失效模式，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，功能失效和電參數(shù)失效時?？梢詺w結(jié)于連接性失效。在缺少復(fù)雜功能測試設(shè)備時，有可能用簡單的連接性測試和參數(shù)測試，結(jié)合物理失效分析技術(shù)，仍然可以獲得令人滿意的失效分析結(jié)果。

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