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1、信息产业部电子五所分析中心 http:/ 电子元器件失效分析技术 信息产业部电子五所 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 课程安排 1 失效分析方法和技术 2 失效机理与失效分析方法 3 失效分析案例 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 第1章 失效分析方法和技术 1失效分析基本概念 2失效分析的程序 3失效分析方法和技术 测试、 模拟、无损分析、样品制备、失 效定位、缺陷的形貌观察 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效分析的概念 失效分析的定义 失效分析的目的 确定失效模式 确定失效机理 提出纠正措施，防止失效重复出现 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效模式
2、的概念和种类 失效的表现形式叫失效模式 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 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效机理的概念 失效的物理化学根源叫失效机理。例如 开路的可能失效机理：过电烧毁、静电 损伤、金属电迁移、金属的电化学腐蚀、 压焊点脱落、CMOS电路的闩锁效应 漏电和短路的可能失效机理：颗粒引发 短路、介质击穿、pn微等离子击穿、Si- Al互熔 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效机理的概念（续） 参数漂移的可能失效机理：封装内水汽 凝结、介质
3、的离子沾污、欧姆接触退化、 金属电迁移、辐射损伤 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效分析的作用 确定引起失效的责任方 确定失效原因 为实施整改措施提供确凿的证据 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效分析的受益者 元器件厂：获得改进产品设计和工艺的 依据 整机厂：获得索赔、改变元器件供货商、 改进电路设计、改进电路板制造工艺、 提高测试技术、设计保护电路的依据 整机用户：获得改进操作环境和操作规 程的依据 提高产品成品率和可靠性，树立企业形 象，提高产品竞争力 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效分析技术的延伸 进货分析的作用：选择优质的供货渠道， 防止假冒伪劣元
4、器件进入整机生产线 良品分析的作用：学习先进技术的捷径 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效分析的一般程序 收集失效现场数据 电测并确定失效模式 非破坏检查 打开封装 镜检 通电并进行失效定位 对失效部位进行物理化学分析，确定失效机 理 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 收集失效现场数据收集失效现场数据 作用：根据失效现场数据估计失效原因 和失效责任方 根据失效环境：潮湿、辐射 根据失效应力：过电、静电、高温、低 温、高低温 根据失效发生期:早期、随机、磨损 失效现场数据的内容 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 水汽对电子元器件的
5、影响 电参数漂移 外引线腐蚀 金属化腐蚀 金属半导体接触退化 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 辐射对电子元器件的影响 参数漂移、软失效 例：n沟道MOS器件阈值电压减小 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效应力与失效模式的相关性 过电：pn结烧毁、电源内引线烧毁、电 源金属化烧毁 静电：MOS器件氧化层击穿、输入保护 电路潜在损伤或烧毁 热：键合失效、Al-Si互溶、pn结漏电 热电：金属电迁移、欧姆接触退化 高低温：芯片断裂、芯片粘接失效 低温：芯片断裂 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效发生期与失效机理的关系 早期失效：工艺缺陷、材料缺陷、筛选 不充分 随机
6、失效：静电损伤、过电损伤 磨损失效：元器件老化 随机失效有突发性和明显性 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效发生期与失效率 试验时间试验初始的元件数 数试验时间内失效的元件 失效率 失效率 时间 随机 磨损 早期 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 以失效分析为目的的电测技术以失效分析为目的的电测技术 电测在失效分析中的作用 重现失效现象，确定失效模式，缩小故 障隔离区，确定失效定位的激励条件， 为进行信号寻迹法失效定位创造条件 电测的种类和相关性 连接性失效、电参数失效和功能失效 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 电子元器件失效分
7、析的简单实 用测试技术（一） 连接性测试：万用表测量各管脚对地端/电源端 /另一管脚的电阻，可发现开路、短路和特性退 化的管脚。电阻显著增大或减小说明有金属化 开路或漏电部位。 待机(stand by)电流测试:所有输入端接地（或电 源），所有输出端开路，测电源端对地端的电 流。待机(stand by)电流显著增大说明有漏电失 效部位。待机(stand by)电流显著减小说明有开 路失效部位。 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 电子元器件失效分析的简单实 用测试技术（二） 各端口对地端/电源端的漏电流测试（或I V测试）,可确定失效管脚。 特性异常与否用好坏特性比较法确定。 信息产业部
8、电子五所分析中心 http:/ 烘焙技术 1应用范围：漏电流大或不稳定、阻值低 或不稳定、器件增益低、继电器接触电 阻大 2用途：确定表面或界面受潮和沾污 3方法：高温储存、高温反偏 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 清洗技术 应用范围：离子沾污引起的表面漏电 用途：定性证明元器件受到表面离子沾 污 方法：无水乙醇清洗 去离子水冲洗（可免去） 烘干 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 失效分析的发展方向 失效定位成为关键技术 非破坏 非接触 高空间分辨率 高灵敏度 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 无损失效分析技术 无损分析的重要性 (从质检和失效分析两 方面考虑) 检漏
9、技术 X射线透视技术 用途：观察芯片和内引线的完整性 反射式扫描声学显微技术 用途：观察芯片粘接的完整性，微裂纹， 界面断层 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 检漏技术 粗检：负压法、氟碳加压法 细检：氦质谱检漏法 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 负压法检漏 接机械泵 酒精 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 氟碳加压法 F113沸点 47.6C FC43 沸 点180C 加热至125C 信息产业部电子五所分析中心 http:/ X射线透视与反射式声扫描比较 种 类应 用 优 势基 本 原 理 X 射 线 透 视 象观 察 材 料 高 密 度 区 的 完 整 性 ， 如
10、 器 件 内 引 线 断 裂 透 过 材 料 高 密 度 区 X 射 线 强 度 衰 减 C -S A M 象观 察 材 料 内 部 空 隙 ， 如 芯 片 粘 接 不 良 ， 器 件 封 装 不 良 超 声 波 传 播 遇 空 气 隙 受 阻 反 射 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 样品制备技术 种类：打开封装、去钝化层、去层间介 质、抛切面技术、去金属化层 作用：增强可视性和可测试性 风险及防范：监控 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 打开塑料封装的技术 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 去层间介质 作用：多层结构芯片失效分析 方法：反应离子腐蚀 特点：材料选择性
11、和方向性 结果 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 腐蚀的方向性 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 去金属化Al层技术 作用 配方：30HCl 或 30H2SO4 KOH 、NaOH溶液 应用实例 信息产业部电子五所分析中心 http:/ Al-Si互溶 p-Si Al SiO2 n-Sim A 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 577.2C时Si在Al中的溶解度为 At-12.1% 液相 固液共存 固相 温度 580C 100% 10% 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 形貌象技术 光学显微术：分辨率3600A，倍数1200X 景深小，构造简单 对多层结构有透明
12、性，可不制样 扫描电子显微镜：分辨率50A，倍数10万 景深大，构造复杂 对多层结构无透明性，需制样 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 以测量电压效应为基础的失效 定位技术 用途：确定断路失效点位置 主要失效定位技术： 扫描电镜的电压衬度象 机械探针的电压和波形测试 电子束测试系统的电压和波形测试 信息产业部电子五所分析中心 http:/ SEM电压衬度象原理 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 电压衬度象和差象示意图 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 电子束测试技术 用途： （与IC测试系统相比较）测定芯 片内部节点的电压和波形，进行芯片失 效定位（电镜+电子束探头示波
13、器） 特点：（与机械探针相比较）高空间分 辨率，非接触，无电容负载，容易对准 被测点 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 机械探针与电子探针比较 直流电压、交流电压、 脉冲电压 电压精度高，用于模 拟电路、数字电路 信号注入、信号寻迹 接触性探针，需去钝 化层 有负载，波形易变形 空间分辨率差 交流电压、脉冲电压 电压精度低，用于数 字电路 信号寻迹 非接触性探针，不需 去钝化层 无负载，波形不变形 空间分辨率高 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 波形比较法实例：ASIC电路单元库抗 静电单元电路的设计验证 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 信息产业部电子五所分析中心 http:/ 以测量电流效应为基础的失效 定位技术 红外热象技术 用途：热分布图，定热点 光发射显微镜 用途：微漏电点失效
