元器件失效分析方法

器件一旦坏了，千万不要敬而远之，而应该如获至宝。. S9 B* i9 \% o9 E% `6 t* L( D
　　开车的人都知道，哪里最能练出驾驶水平？高速公路不行，只有闹市和不良路况才能提高水平。社会的发展就是一个发现问题解决问题的过程，出现问题不可怕，但频繁出现同一类问题是非常可怕的。
3 s0 |$ f) Z& c  ]% U' r2 [& u) J7 u" |　　失效分析基本概念- p, L" y# n8 B; F$ S# G' @1 {- c& j
　　定义：对失效电子元器件进行诊断过程。' `7 C# [  [1 c/ d9 H% ?: I
　　1、进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。( W! a* C' x& h- m; S  B
　　2、失效分析的目的是确定失效模式和失效机理，提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。
1 `2 R% @7 f# }　　3、失效模式是指观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能失效等。
7 Z' [+ F5 Y7 e3 @( j% b" d　　4、失效机理是指失效的物理化学过程，如疲劳、腐蚀和过应力等。
7 r& n4 g7 M2 [$ ^! B8 w% i　　失效分析的一般程序* q; z4 z. L$ F8 q& u1 H
　　1、收集现场场数据

) b0 r# |  e+ W, `5 L　　2、电测并确定失效模式
. z- y+ s' D% u2 y　　3、非破坏检查

       4、打开封装* [) Q+ t' A7 e. g
　　5、镜验
# `7 u- p* f* v6 p  G　　6、通电并进行失效定位8 n2 q1 Y% ?9 Z8 Z
　　7、对失效部位进行物理、化学分析，确定失效机理。
; ^' t( I! z  L! `  c/ k　　8、综合分析，确定失效原因，提出纠正措施。7 ^% T/ o! s; n' h8 b% U
　　1、收集现场数据：, f# f+ V8 s$ m; Y
　　2、电测并确定失效模式
2 t5 [& H( r7 q　　电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。8 r' _+ Y' S0 }. G
　　连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。这类失效容易测试，现场失效多数由静电放电（ESD）和过电应力（EOS）引起。
, i& {6 W# f/ O" \  _2 I3 O1 i　　电参数失效，需进行较复杂的测量，主要表现形式有参数值超出规定范围（超差）和参数不稳定。! m$ B# V# z/ a! A8 I
　　确认功能失效，需对元器件输入一个已知的激励信号，测量输出结果。如测得输出状态与预计状态相同，则元器件功能正常，否则为失效,功能测试主要用于集成电路。
; I8 E$ R% y3 d  @( }5 O　　三种失效有一定的相关性,即一种失效可能引起其它种类的失效。功能失效和电参数失效的根源时常可归结于连接性失效。在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下，有可能用简单的连接性测试和参数测试方法进行电测，结合物理失效分析技术的应用仍然可获得令人满意的失效分析结果。
: G2 X1 x2 _' l1 i1 A　　3、非破坏检查

2 a6 M/ W9 Z- a2 [4 X　　X-Ray检测，即为在不破坏芯片情况下，利用X射线透视元器件（多方向及角度可选），检测元器件的封装情况，如气泡、邦定线异常，晶粒尺寸，支架方向等。

3 ?& h2 U) d5 h9 D　　适用情境：检查邦定有无异常、封装有无缺陷、确认晶粒尺寸及layout4 |1 e- g5 w  E
　　优势：工期短，直观易分析
/ ^$ y2 E) e& ?: O. |　　劣势：获得信息有限) H# H* i- V1 O6 _2 y
　　局限性：
  E7 q( P% u5 {0 `6 s  l6 p　　1、相同批次的器件，不同封装生产线的器件内部形状略微不同；* J, D( _8 b- A3 ]6 h6 d/ I
　　2、内部线路损伤或缺陷很难检查出来，必须通过功能测试及其他试验获得。
$ O5 V0 i. p( y- X/ o# P: s　　案例分析：6 k! s1 ~4 Q! ?
　　X-Ray 探伤----气泡、邦定线

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　　X-Ray 真伪鉴别----空包弹（图中可见，未有晶粒）

( Z* w4 G* N8 D" P, x: d. x3 H　　“徒有其表”

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　　下面这个才是货真价实的

( H- }. i: R' Z. T& g6 C
　　X-Ray用于产地分析（下图中同品牌同型号的芯片）

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　　X-Ray 用于失效分析（PCB探伤、分析）

* y. u' s" @. |. l. A  _  D# N　　（下面这个密密麻麻的圆点就是BGA的锡珠。下图我们可以看出，这个芯片实际上是BGA二次封装的）

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　　4、打开封装
. o$ y+ X% J& u6 B+ q- D　　开封方法有机械方法和化学方法两种,按封装材料来分类，微电子器件的封装种类包括玻璃封装(二极管)、金属壳封装、陶瓷封装、塑料封装等。

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　　机械开封
0 {8 R8 O7 @# ^% w　　化学开封
0 H+ o* w6 k* }* m5 h9 E+ N. t9 |　　5、显微形貌像技术& o! S* @9 S$ r8 S! g5 R
　　光学显微镜分析技术
7 E0 j' J) _5 h　　扫描电子显微镜的二次电子像技术
% s' ^0 \" ?  ~6 _　　电压效应的失效定位技术! [2 f! v0 A+ o3 s; s8 \1 \
　　6、半导体主要失效机理分析

# |% Q; h+ g$ P9 u- k　　电应力（EOD）损伤6 @& W7 T- u) p: D7 a
　　静电放电（ESD）损伤2 Z3 f' \$ o9 L1 a; u3 o/ E
　　封装失效
: l( p' U- p# h* G9 h9 y% V7 T　　引线键合失效
& G. Y* \, N5 y" h) N　　芯片粘接不良
2 t7 }' j4 Y# o- q& i5 D　　金属半导体接触退化
& ?' F+ s1 j* G7 k8 g& t2 J! z　　钠离子沾污失效
, i4 x- B: v- t　　氧化层针孔失效