電子元器件作為電子系統的基礎及核心部件，它的失效及潛在缺陷都會對裝備的可靠性產生重要影響。但我們可以通過電子器件失效分析，來確定失效模式和失效原因。從而可以采取措施來預防問題出現。失效分析可以說，對于查明元器件失效原因并向設計者反饋信息是必須的。現今社會制造水平越來越高，元器件的可靠性也越來越受重視，設備研制單位和器件生產廠家對失效分析的需求也越來越迫切。

?

一、失效分析的基本內容

電子元器件失效分析的目的是借助各種測試分析技術和分析程序認定器件的失效現象，判斷其失效模式和機理，從而確定失效原因，對后續設計提出建議。在生產過程中改進生產工藝，器件使用者在系統設計時改進電路設計，并對整機提出相應測試要求、完成測試。因此，失效分析對元器件的研制速度、整機的可靠性有著重要意義。

?

二、失效的分類

在實際使用中，可以根據需要對失效做適當分類。

按模式分為：開路、短路、無功能、特性退化、重測合格；

按原因分為：誤用失效、本質失效、早起失效、偶然失效、耗損失效、自然失效；

按程度分為：完全失效、局部失效；

按時間分為：突然失效、漸變失效、退化失效；

按外部表現分為：明顯失效、隱蔽失效等。

?

三、失效的機理

由于電子器件的失效主要來自于產品制造、實驗、運輸、存儲、使用等一系列過程中發生的情況，與材料、設計、制造、使用密切相關。且電子元器件種類繁多，故失效機理也很多，失效機理是器件失效的實質原因，在此說明器件是如何失效，相當于器件失效的物理和化學過程，從而表現出來性能、性質（如腐蝕、疲勞、過應力等）。

?

元器件主要失效機理有：

過應力（ EOS ）：指元器件承受的電流、電壓應力或功率超過了其允許的*大范圍。

靜電損傷（ ESD ）：指電子器件在加工生產、組裝、貯存、運輸中與可能帶靜電的容器、測試及操作人員接觸，所帶經典經過器件引腳放電到地面，使器件收到損傷或失效。

閂鎖效應（ Latch-Up ） :電路中由于寄生 PNPN 晶體管存在而呈現低阻狀態，這種低阻狀態在觸發條件去除或者終止后任然會存在。

電遷移（ EM ） :當器件工作時，金屬互聯線內有一定電流通過，金屬離子會沿著導體產生質量的運輸，其結果會使導體的某些部位出現空洞或晶須。

熱載流子效應（ HC ） :熱載流子是指能量比費米能級大幾個 KT 以上的載流子。這些載流子與晶格不處于熱平衡狀態，當其能量達到或者超過 SI-SIO2 界面勢壘時（對電子注入為 3.2eV, 對空穴注入為 4.5eV ）便會注入到氧化層中，產生界面態，氧化層陷阱或被陷阱所俘獲，是氧化層電荷增加或波動不穩，這就是熱載流子效應。

柵氧擊穿：在 MOS 器件及其電路中，柵氧化層缺陷會導致柵氧漏電，漏電增加到一定程度即構成擊穿。

與時間有關的介質擊穿（ TDDB ）：施加的電場低于柵氧的本證擊穿強度，但經歷一定的時間后仍然會擊穿，這是由于施加應力過程中，氧化層內產生并聚集了缺陷的原因。

由于金 - 呂之間的化學勢不同，經長期使用或 200 度以上的高溫存儲后，會產生多種金屬間化合物，如紫斑、白斑等。使鋁層變薄、接觸電阻增加，*后導致開路。 300 度高溫下還會產生空洞，即可肯德爾效應，這種效應是高溫下金向鋁迅速擴散并形成化合物，在鍵合點四周出現環形空間，是鋁膜部分或全部脫離，形成高祖或開路。

爆米花效應： 塑封元器件塑封料內的水汽在高溫下受熱膨脹，使塑封料與金屬框架和芯片間發生分層反映，拉斷鍵合絲，從而發生開路失效。

?

?

四、失效模式

失效的模式指外在的表現形式和過程規律，通常指測試或觀察到的失效現象、失效形式，如開路、短路、參數漂移、功能失效等。產品的失效依據其是否具有損傷的時間累積效應而被分為過應力失效和損耗性失效，所以與時間相關的失效模型定量地描述了產品隨時間的損傷積累狀況，在宏觀上表現為性能或是參數隨時間的退化。

?

?

五、失效分析技術

失效分析技術是失效分析使用的手段和方法，主要包括六大方面：失效定位技術、樣品制備技術；顯微分析技術；應力驗證技術；電子分析技術；成分分析技術。

?

失效定位技術：失效定位技術的主要目的是確定檢測目標的失效部位，隨著現代集成電路及電子器件的復雜化，失效定位技術就顯得尤為重要。失效定位技術有多種方法，其中無需開封即可進行的無損檢測有 X-RAY,SAM 等。 X-RAY 可用于觀察元器件及多層印刷電路板的內部結構，內引線的是否開路或短路，粘接缺陷，焊點缺陷，封裝裂紋，空洞、橋連、立碑及器件漏裝等缺陷。

這也是人工焊接操作時容易反生的問題，經過這幾年在線上的學習和工作，對此類缺陷了如于心，這也從根本上排除了由于人工操作引起的失效。 SAM 則可觀察到內部裂紋，分層缺陷，空洞，氣泡，空隙等，若 X-RAY ， SAM 不能檢測到失效部位，則需要對元器件進行開封，而后用其他方法定位。例如顯微檢查。

?

樣品制備技術：未解決大部分失效分析，都需要采用解剖分析技術，即對樣品的剖層分析，陰氣不對觀察和測試部分存在破壞。樣品的制備步驟一般包括：開發封裝、去鈍化層，對于多層結構芯片來說，還要去除層間介質。打開封裝可以使用機械和化學兩種方法，去鈍化層可使用化學腐蝕或等離子腐蝕。

?

?

顯微分析技術：失效原因的分析，失效機理的確定及前文提到的失效定位都要用到現為分析技術。現為分析技術一般采用各種顯微鏡，且它們個具有優缺點，如景深大成像立體感強的體式顯微鏡；平面成像效果好的金相顯微鏡；放大倍數高的 SEM ；制樣要求高可觀察到晶格結構的 TEM ；成像精度不高但操作方便的紅外顯微鏡；成像精度較高的光輻射顯微鏡等，要根據實際情況進行設備和方法的選擇。

?

?

應力驗證技術：電子器件在不同環境中可靠性存在差異，如不同溫度、濕度下產生的應力，不通電流、電壓下產生的電應力等，都會導致電子元器件性能的變化，或失效。因此，可以模擬各種環境參數，來驗證元器件各種應力下的可靠性。

?

電子分析技術：利用電子進行失效分析的方法很多，如 EBT,EPMA,SEM,TEM,AES 等。

?

成分分析技術：需要確定元器件中某一部分的成分即需要用到成分分析技術，以判斷是否存在污染，或組份是否正確，而影響了元器件的性能。常用設備有 EDS,EDAX,AES,SIMS 等。

?

百檢網是具備CMA、CNAS資質認證的第三方檢測機構，累計數十年檢測經驗和資源團隊，能對元器件失效原因進行檢測分析，并根據失效分析和根因為產品物料優選、設計改進和失效預防提供技術解決方案。

業務咨詢熱線：15201733840（同微信）