电路可靠性设计：电子元器件失效的常规分类、检测及案例分析 - EDA365电子论坛网

元器件设计、材料、结构、工艺缺陷引起的失效是元器件常见失效之一，其失效由元器件自身缺陷决定，应用环境和工作中施加的条件是失效的外因，不管应用环境和工作中施加的条件是否出现异常均可出现失效。

此类失效往往发生在产品使用的初期，并在产品寿命周期内均陆续由失效发
生，贯穿于产品寿命周期，引起早期失效率和随机失效率异常增大。

从元器件的规范指标的常规检测中比较难发现此类问题,通常要通过某种应
力(如电压、温度、湿度)的激发后才出现某种指标的异常。

极限应力的失效

元器件的规范指标中，有一部分指标属于极限应力，极限应力有两种，一种是“绝对极限应力”，另一种是“寿命相关极限应力”。

对“绝对极限应力”，如果外部应力超过元器件的极限应力，元器件将立刻改变其性质，如二极管、三极管的击穿电压，最高工作温度(半导体最高结温、铝电解电容器最高温度等)等属于“绝对极限应力”指标。当外部反向电压高于二极管、三极管的反向耐压，这时管子发生击穿，成为“0电阻”通道，在外部提供足够的能量时，管子立即烧毁;对双极晶体管，CE之间击穿后还有“负电阻”的情况，显然，“负电阻”更容易引起管子烧毁;当硅半导体器件结温达到375"C时，半导体进入本征导电，失去PN功能。

对于“寿命相关极限应力”，外部应力超过元器件的极限应力，元器件不立刻失效，但其工作的安全性不能保证，或使用寿命被缩短，如电阻器的功率、二、三极管的最大电流、三极管的安全工作区等指标属于“寿命相关极限应力”。在产品寿命评价、极限应力能力评价时，通常对这方面的指标进行过应力(加严应力)工作，来实现短时间内完成寿命加速评价的目的，或通过过应力的试验，评价不同厂家产品的差别。

案例：电源浪涌电压引起的失效

下图所示集成电路在使用中发生失效，无电源电流，集成电路的功能丧失。

经分析，可见品芯片上的电源端口的金属化铝熔融，熔融的金属化铝喷射，整个金属化铝条已经完全脱离芯片。这是金属化铝条流过很大的电流，在金属化铝上产生欧姆热，热量在极短时间内达到铝熔融的温度，而此与金属化铝接触的芯片仍处于温度较低的状态，因此，由于巨大的温差，产生喷射。

在集成电路中，极短时间内金属化铝条上产生极大电流密度，显然是该端口引入了具有相当能量的浪涌电压，如雷电对电源的影响，或与其它更高电压的电源短路。

本案例是外部应力异常、外部应力远远超过样品所能承受的应力而发生的失效。在实际应用中，仅仅靠选取更大应力极限的产品来控制元器件的失效显然是不全面的。毕竞元器件的极限耐受能力是有限的，应充分了解电路中所可能遇到的极端外部应力情况，必要时设计（或加强）相应的保护电路。