失效分析技术(赛宝)

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1、10/19/2012 1 中国赛宝实验室中国赛宝实验室 可靠性研究分析中心可靠性研究分析中心 蔡伟 2012-10 失效分析技术 主要内容主要内容 一、初识失效分析 二、失效分析作用 三、失效分析技术 四、典型的案例 10/19/2012 2 一、初识失效分析一、初识失效分析 产品在规定的时间内和规定的使用条件下，完成 规定功能的能力可靠性概念。 失效分析是保证鸡蛋变为鸡而不是荷包蛋的工具 网络新闻图片网络新闻图片 1986年1月28日 73秒 7名人员 12亿美元 挑战者号1986年1月28日执行第十次任务时，于升空过程中突然爆炸 一、初识失效分析一、初识失效分析 10/19/2012 3

2、美国总统里根下令成立一个13人组成的总统 调查委员会,调查航天飞机失事的原因。在 经过4个月的调查后,调查委员会向总统提出 长达256页的调查报告。 一、初识失效分析一、初识失效分析 一、初识失效分析一、初识失效分析 直接原因（技术原因）：右部火箭发动机上 的两个零件联接处出现了问题，具体的讲就 是旨在防止喷气燃料事时的热气从联接处泄 露的密封圈遭到了破坏，这是导致航天飞机 失事的直接技术原因。 管理和决策的原因 10/19/2012 4 失效分析就是针对已经失效的事件开展原 因分析的过程 失效分析：电子行业的“医生” 一、初识失效分析一、初识失效分析 一、初识失效分析一、初识失效分析 失效-

3、丧失功能或降低到不能满足规定的要求。 按失效的持续性分类：致命性失效、间歇失效、缓慢退 化 按失效时间分类：早期失效、随机失效、磨损失效 按电测结果分类：开路、短路或漏电、参数漂移、功能 失效 按失效原因分类：过电失效、机械失效、热失效 缺陷外形、装配、功能或工艺不符合规定的要求 10/19/2012 5 一、初识失效分析一、初识失效分析 GJB548A-96微电子器件试验方法和程序，“方法5003微电路 的失效分析程序”对失效分析的描述： 失效分析是对已失效器件进行的一种事后检查，根据需要 ，使用电测试以及许多先进的物理、金相和化学的分析技 术，以验证所报告的失效，确定其失效模式，找出失效机

4、 理。 一、初识失效分析一、初识失效分析 FAFA 事后分析事后分析，确认失效模式，分析失效机理，确定失效原因。无标准，确认失效模式，分析失效机理，确定失效原因。无标准 DPADPA 事先预防事先预防，符合性检查，通常是对合格的元器件按生产批次进行抽样，符合性检查，通常是对合格的元器件按生产批次进行抽样 分析，检查是否存在可能会造成在正常使用中而发生失效的缺陷。两分析，检查是否存在可能会造成在正常使用中而发生失效的缺陷。两 者共同把关，促使电子元器件提高质量。者共同把关，促使电子元器件提高质量。 有标准。有标准。 CACA 新型元器件或在特定的使用条件下没有使用经历的元器件，包含信息更多，为新

5、型元器件或在特定的使用条件下没有使用经历的元器件，包含信息更多，为 以后的验证和分析建立一个结构基础，对以后的验证和分析建立一个结构基础，对元器件结构设计进行评估元器件结构设计进行评估，可用于供，可用于供 应商和元器件的选择，评估新技术和定制元器件的结构、质量与可靠性。应商和元器件的选择，评估新技术和定制元器件的结构、质量与可靠性。 筛选筛选 主要是主要是剔除早期失效剔除早期失效，通过筛选的合格产品是达到一定可靠性水平的器件，可，通过筛选的合格产品是达到一定可靠性水平的器件，可 以装机使用。以装机使用。是非破坏性的，通常是是非破坏性的，通常是100%100%进行的进行的 ，依据筛选大纲，依据筛

6、选大纲进行进行一次筛一次筛 选是出厂检验，二筛是用户上机前进行的筛选选是出厂检验，二筛是用户上机前进行的筛选，一方面可验证元器件的质量水，一方面可验证元器件的质量水 平，另一方面使用方可根据自己的需要进行一定的补充筛选使元器件能满足自平，另一方面使用方可根据自己的需要进行一定的补充筛选使元器件能满足自 己的特殊需要。己的特殊需要。 筛选程序分为筛选程序分为非应力筛选和应力筛选非应力筛选和应力筛选，非应力筛选有，非应力筛选有目检、目检、X X射线检查、声学射线检查、声学 显微镜检查和电测试显微镜检查和电测试，应力筛选通常有，应力筛选通常有温度循环、高温贮存和老练温度循环、高温贮存和老练 常见概念

7、的关系常见概念的关系 10/19/2012 6 二、失效分析的作用二、失效分析的作用 ：早期失效 ：偶然失效 ：耗损失效 找出产品失效的原因，提高产品的可靠性 二、失效分析的作用案例二、失效分析的作用案例1 1电阻电阻 端点端点 陶瓷基板陶瓷基板 电阻层电阻层 调整槽调整槽 保护层保护层 案例案例1 确认产品的缺陷早期失效确认产品的缺陷早期失效 10/19/2012 7 二、失效分析的作用案例二、失效分析的作用案例1 1电阻电阻 失效背景： 1）样品：贴片电阻 2）失效现象：不同位置的电阻在焊接后出 现了阻值增大且不稳定的现象 二、失效分析的作用案例二、失效分析的作用案例1 1电阻电阻 X-R

8、AY形貌 10/19/2012 8 二、失效分析的作用案例二、失效分析的作用案例1 1电阻电阻 金相切片 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -案例案例1 1电阻电阻 金相切片 面电极印刷缺陷 10/19/2012 9 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -案例案例1 1电阻电阻 SEM观察下Ag导电胶与面电极的互连形貌 未发生异常 互连异常 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -案例案例2 2发光二极管发光二极管 高温烘烤后样品高温烘烤后样品 I-V曲线跟未烘烤曲线跟未烘烤 前无变化，仍为前无变化，仍为 漏电，这说明样漏电，这说明样 品的漏电不是由品的漏电不是由 于离子导电所致。

9、于离子导电所致。 案例案例2 确认环境因素对产品的影响使用失效确认环境因素对产品的影响使用失效 10/19/2012 10 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -案例案例2 2发光二极管发光二极管 从芯片开封来从芯片开封来 看，不管是机看，不管是机 械开封还是化械开封还是化 学开封样品，学开封样品， 其芯片表面都其芯片表面都 有明显的击穿有明显的击穿 点，同时击穿点，同时击穿 点具有静电击点具有静电击 穿的特征穿的特征 案例案例2发光二极管静电击穿发光二极管静电击穿 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -案例案例3 3钽电解电容钽电解电容 器器 案例案例3 确认老化失效耗损失效确认老化

10、失效耗损失效 10/19/2012 11 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -归零陶瓷电容器归零陶瓷电容器 国防工程中国防工程中 “双双5 5归零归零”可以看到失效分析的重要作用可以看到失效分析的重要作用 技术归零技术归零5 5项项 定位准确定位准确机理清楚机理清楚问题重现问题重现措施有效措施有效举一反三举一反三 管理归零管理归零5 5项项 过程清楚过程清楚责任明确责任明确严肃处理严肃处理措施落实措施落实完善规章完善规章 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -归零陶瓷电容器归零陶瓷电容器 型号： CT41L12062C150V104K 使用情况： 收发信机、同批次1518只、1只使用

11、 失效情况： 整机调试阶段、360小时、常温失效 失效模式：绝缘电阻不稳定 （脉宽调制器的8脚，正常4.8V，失效时2.4V，拆卸和重装后都故障有复 现）定位准确 10/19/2012 12 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -归零陶瓷电容器归零陶瓷电容器 绝缘电阻测试不稳定，在104至1010跳动 问题重现 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -归零陶瓷电容器归零陶瓷电容器 10/19/2012 13 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -归零陶瓷电容器归零陶瓷电容器 失效机理： 失效样品内电极之间的介质中存在大量大小不等的空洞，特 别是个别大空洞超过相邻介质厚度一半，大空洞还

12、与多个小 空洞互连，减少了局部相邻介质的有效厚度，甚至直接形成 贯穿性通道，使介质绝缘性能降低，极易导致局部漏电。 结论： 失效样品内部介质存在空洞，引起绝缘电阻不稳定，导致 样品因漏电而失效。-机理清楚 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -归零陶瓷电容器归零陶瓷电容器 10/19/2012 14 对于失效样品不应该直接在其额定电压50V进行绝缘电阻测试 ； 仅用酒精清洗方法来排除外部粘污影响的理由是不充分的 ； 结论的得出没有相应试验的支撑。 体会 1）必须有高度重视的态度； 军工产品事无巨细，都必须重视 2）必须具体严谨的态度 二、失效分析的作用二、失效分析的作用- -归零陶瓷电容器

13、归零陶瓷电容器 二、失效分析的作用二、失效分析的作用-小结小结 10/19/2012 15 1）先非破坏性分析，后破坏性分析 2）分析过程中不能引入新的失效机理 3）先外部后内部 三、失效分析技术三、失效分析技术- -失效分析原则失效分析原则 三、失效分析技术三、失效分析技术-失效分析程序失效分析程序 失效信息收集 外观检查 电测 应力试验故障模拟 失效模式确认 物理分析 X-RAY扫描声学 密封 内部气氛PIND 开封/制样 定位失效点 失效机理确认 红外热像SEMFIB EMMISIMS/AES/XPS 编写报告 10/19/2012 16 三、失效分析技术三、失效分析技术-信息收集信息收

14、集 信息包括：信息包括：基本信息和技术信息基本信息和技术信息 基本信息：基本信息： 工作原理、结构、材料、工艺，功能参数；工作原理、结构、材料、工艺，功能参数； 主要和常见失效机理以及失效原因；主要和常见失效机理以及失效原因； 还有，出于管理需要的信息，包括样品来源、型号、批次、编号、时还有，出于管理需要的信息，包括样品来源、型号、批次、编号、时 间、地点等（很重要报告中应反映真实性和唯一性）。间、地点等（很重要报告中应反映真实性和唯一性）。 技术信息：技术信息： 是判断可能的失效机理、制订失效分析方案设计的重要依据。是判断可能的失效机理、制订失效分析方案设计的重要依据。 特定使用应用信息特定

15、使用应用信息 整机故障现象整机故障现象异常环境异常环境在整机中的状态在整机中的状态应用电路、筛选应力、应用电路、筛选应力、 失效历史、失效比例、失效率及其随时间的变化等。失效历史、失效比例、失效率及其随时间的变化等。 特定生产工艺特定生产工艺 1)1)生产工艺条件和方法生产工艺条件和方法 2)2)特种器件应先用好品开封了解和研究其结构特点特种器件应先用好品开封了解和研究其结构特点 三、失效分析技术三、失效分析技术-信息收集信息收集 10/19/2012 17 三、失效分析技术三、失效分析技术-外观检查外观检查 失效样品失效样品 标准规范标准规范有关标准和规范有关标准和规范 主要内容主要内容与失

16、效可能的关系与失效可能的关系 多余物沾污与附着多余物沾污与附着极间漏电，功能失效极间漏电，功能失效 机械损伤机械损伤泄漏或内装部件损坏泄漏或内装部件损坏 玻璃绝缘子破裂玻璃绝缘子破裂泄漏或内部短断路泄漏或内部短断路 外壳腐蚀外壳腐蚀泄漏泄漏 电损伤或电弧残迹电损伤或电弧残迹内部电损伤、高压内部电损伤、高压 涂层(镀层)剥落，变色涂层(镀层)剥落，变色高温，极间漏电高温，极间漏电 破裂、变形破裂、变形机械力、内部电烧机械力、内部电烧 外观外观 三、失效分析技术三、失效分析技术-外观检查外观检查 引脚交叉引脚交叉 外壳弧形变形外壳弧形变形 漏液漏液 10/19/2012 18 三、失效分析技术三、失效分析技术-外观检查外观检查 外观分析工具：外观分析工具： 目检目检 体视显微镜体视显微镜 金相显微镜金相显微镜 三、失效