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1、电子元器件失效分析技术第一讲 失效物理的概念l失效定义失效的概念1 特性剧烈或缓慢变化2 不能正常工作l失效种类1 致命性失效：如过电应力损伤2 缓慢退化：如MESFET的IDSS下降3 间歇失效：如塑封器件随温度变化间歇失效失效物理的概念l 定义：研究电子元器件失效机理的学科l 失效物理与器件物理的区别l 失效物理的用途失效物理的定义l 定义：研究电子元器件失效机理的学科l 失效机理：失效的物理化学根源l 举例：金属电迁移 金属电迁移l失效模式：金属互连线电阻值增大或开路l失效机理：电子风效应l产生条件：电流密度大于10E5A/cm2高温l纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜，降低工作温
2、度，减少阶梯，铜互连、平面化工艺失效物理与器件物理的区别l 撤销应力后电特性的可恢复性l 时间性失效物理的用途1 失效分析：确定产品的失效模式、失效机理，提出纠正措施，防止失效重复出现2 可靠性评价：根据失效物理模型，确定模拟试验方法，评价产品的可靠性可靠性评价的主要内容l 产品抗各种应力的能力l 产品平均寿命失效物理模型l应力强度模型失效原因：应力强度强度随时间缓慢减小如:过电应力（EOS）、静电放电（静电放电ESD）、闩锁（latch up)l应力时间模型（反应论模型）失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超差。如金属电迁移、腐蚀、热疲劳应力强度模型的应用l 器件抗静电放电（ESD）能力的
3、测试温度应力时间模型EdMdt=AekTT高，反应速率大，寿命短E大，反应速率小，寿命长温度应力的时间累积效应MtM0=AeEkT(tt0)失效原因：温度应力的时间累积效应，特性变化超差与力学公式类比dMdt=AeEkTdvdt=FmMtM0=AeEkT(tt0)mvtmv0=F (tt0)失效物理模型小结l 应力强度模型与断裂力学模型相似，不考虑激活能和时间效应，适用于偶然失效和致命性失效，失效过程短，特性变化快，属剧烈变化，失效现象明显l 应力时间模型（反应论模型）与牛顿力学模型相似，考虑激活能和时间效应，适用于缓慢退化，失效现象不明显应力时间模型的应用：预计元器件平均寿命l 1求激活能
4、ELn L2Llnln=LL1A=exp(B+B+EkTEkTEkT)1Ln L1BlnL2=B+EkT21/T11/T2预计平均寿命的方法l 2 求加速系数FE=exp(LAEexp()L2A2kT=)kT2ELA exp()1EkT1L=A exp(L)1F=2= exp(E(11)kTL11kTT21F=L2L1=exp(Ek(1T21)T1设定高温为T1,低温为T2,可求出F预计平均寿命的方法l 由高温寿命L1推算常温寿命L2l F=L2/L1l 对指数分布l L1=MTTF=1/l 失效率失效率试验时间内失效的元件 数初始时间未失效元件数试验时间温度应力时间模型的简化：十度法则l 内
5、容：从室温算起，温度每升高10度，寿命减半。l 应用举例：推算铝电解电容寿命105C，寿命寿1000h（标称值）55C, 寿命1000X2E5=32000h35C，寿命1000X2E7=128000h=128000/365/24=14.81年小结失效物理的定义：研究电子元器件失效机理的学科失效物理的用途：1 失效分析：确定产品的失效模式、失效机理，提出纠正措施，防止失效重复出现2 可靠性评价：根据失效物理模型，确定模拟试验方法，评价产品的可靠性第二讲 阻容元件失效机理电容器的失效机理l 电解电容l 钽电容l 陶瓷电容l 薄膜电容电解电容的概况l 重要性：多用于电源滤波，一旦短路，后果严重l 优点：电容量大，价格低l 缺点：寿命短，漏电流大，易燃l 延长寿命的方法：降温使用，选用标称温度高的产品电解电容的标称温度与寿命的关系标称温度（）85 105 125标称温度寿命（h) 1000 1000 1000工作温度（）35 35 35工作温度寿命(h) 1000X2E5 1000X2E7 1000X2E932000 128000 9120003.65 年14.6 年59.26年电解电容的失效机理和改进措施l 漏液：电容减小阳极氧化
