元器件失效分析方法

前言

器件一旦壞了，千萬不要敬而遠之，而應該如獲至寶。開車的人都知道，哪里最能練出駕駛水平？高速公路不行，只有鬧市和不良路況才能提高水平。社會的發(fā)展就是一個發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程，出現(xiàn)問題不可怕，但頻繁出現(xiàn)同一類問題是非?？膳碌摹?/p>

失效分析基本概念

定義：對失效電子元器件進行診斷過程。

1、進行失效分析往往需要進行電測量并采用先進的物理、冶金及化學的分析手段。

2、失效分析的目的是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的重復出現(xiàn)。

3、失效模式是指觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。

4、失效機理是指失效的物理化學過程，如疲勞、腐蝕和過應力等。

失效分析的一般程序

1、收集現(xiàn)場場數(shù)據(jù)

2、電測并確定失效模式

3、非破壞檢查

4、打開封裝

5、鏡驗

6、通電并進行失效定位

7、對失效部位進行物理、化學分析，確定失效機理。

8、綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施。

1、收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)：

2、電測并確定失效模式

電測失效可分為連接性失效、電參數(shù)失效和功能失效。

連接性失效包括開路、短路以及電阻值變化。這類失效容易測試，現(xiàn)場失效多數(shù)由靜電放電（ESD）和過電應力（EOS）引起。

電參數(shù)失效，需進行較復雜的測量，主要表現(xiàn)形式有參數(shù)值超出規(guī)定范圍（超差）和參數(shù)不穩(wěn)定。

確認功能失效，需對元器件輸入一個已知的激勵信號，測量輸出結果。如測得輸出狀態(tài)與預計狀態(tài)相同，則元器件功能正常，否則為失效,功能測試主要用于集成電路。

三種失效有一定的相關性,即一種失效可能引起其它種類的失效。功能失效和電參數(shù)失效的根源時?？蓺w結于連接性失效。在缺乏復雜功能測試設備和測試程序的情況下，有可能用簡單的連接性測試和參數(shù)測試方法進行電測，結合物理失效分析技術的應用仍然可獲得令人滿意的失效分析結果。

3、非破壞檢查

X-Ray檢測，即為在不破壞芯片情況下，利用X射線透視元器件（多方向及角度可選），檢測元器件的封裝情況，如氣泡、邦定線異常，晶粒尺寸，支架方向等。

適用情境：檢查邦定有無異常、封裝有無缺陷、確認晶粒尺寸及l(fā)ayout

優(yōu)勢：工期短，直觀易分析

劣勢：獲得信息有限

局限性：

1、相同批次的器件，不同封裝生產(chǎn)線的器件內(nèi)部形狀略微不同；

2、內(nèi)部線路損傷或缺陷很難檢查出來，必須通過功能測試及其他試驗獲得。

案例分析：

X-Ray探傷----氣泡、邦定線

X-Ray 真?zhèn)舞b別----空包彈（圖中可見，未有晶粒）

“徒有其表”

下面這個才是貨真價實的

X-Ray用于產(chǎn)地分析（下圖中同品牌同型號的芯片）

X-Ray 用于失效分析（PCB探傷、分析）

（下面這個密密麻麻的圓點就是BGA的錫珠。下圖我們可以看出，這個芯片實際上是BGA二次封裝的）

4、打開封裝

開封方法有機械方法和化學方法兩種,按封裝材料來分類，微電子器件的封裝種類包括玻璃封裝(二極管)、金屬殼封裝、陶瓷封裝、塑料封裝等。?

機械開封

?化學開封

5、顯微形貌像技術

光學顯微鏡分析技術

掃描電子顯微鏡的二次電子像技術

電壓效應的失效定位技術

6、半導體主要失效機理分析

電應力（EOD）損傷

靜電放電（ESD）損傷

封裝失效

引線鍵合失效

芯片粘接不良

金屬半導體接觸退化

鈉離子沾污失效

氧化層針孔失效