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。
5 i/ T* {+ z7 Q% C1 q3 a( ?, {$ j5 S　　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。
- |/ r2 Y* ]7 t: X5 y, _　　失效分析基本概念
, B4 p( H" n# k0 V　　定义：对失效电子元器件进行诊断过程。* g. f' F' G5 t* q6 d9 [
　　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。2 a: X8 x9 R) a% }# R/ X. i  g
　　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。
  b& c0 D) B5 Y1 s　　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。, `* x' t8 M- V2 i3 P
　　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。- i  m3 u& m+ \! u1 g" W9 H
　　失效分析的一般程序% [" c% F( f7 y3 t. z+ q/ E- ^
　　1、收集现场场数据

- c! C* O* e; t) L; X) x3 }# B　　2、电测并确定失效模式
) f! L- x. J. T　　3、非破坏检查

       4、打开封装
* q2 m! A  `8 z4 a9 k% g2 {$ d　　5、镜验' v' m5 |# U# f8 N. e) B9 ]
　　6、通电并进行失效定位4 P8 B+ t3 ]& A5 I( Q
　　7、对失效部位进行物理、化学分析，确定失效机理。
4 V* {# @, j4 C5 p　　8、综合分析，确定失效原因，提出纠正措施。- j6 W7 R- _# N1 R6 H: |
　　1、收集现场数据：! j  }# p7 L2 n/ }! g
　　2、电测并确定失效模式
- g/ `$ o$ S) J0 p　　电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。
( y" W9 E( t  k$ U  u　　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。$ G/ C+ w7 S8 e% G8 ^- c! d
　　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。
% r- z% g' [7 s" K5 i' b　　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。
% A: R: h! s7 U) |' a( T　　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。. V" [8 n% {) v7 m; K! n! N
　　3、非破坏检查

( x/ \( O9 L2 D
　　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。

" B! a5 \8 E1 W1 z" ~
　　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layout
: R5 A6 [2 @+ v0 j　　优势：工期短，直观易分析
" k+ K' c: |. R- b/ ~0 k, B　　劣势：获得信息有限2 p, M  y7 {7 t; H3 M) q
　　局限性：
: \/ G! T1 B: \) ~& l3 t& 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；2 x, K5 P+ \$ S3 x8 P& Z
　　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。
/ r! ^: V' r+ K: }　　案例分析：
) m( E% i7 m  f% V2 H3 ?/ T　　X-Ray 探伤----气泡、邦定线

: P5 i7 R7 l% E# c; O/ ]4 c　　X-Ray 真伪鉴别----空包弹（图中可见，未有晶粒）

+ N0 u( u3 b6 K8 t0 z
　　“徒有其表”

9 \9 H; r: Z, I* E8 @7 ^, g　　下面这个才是货真价实的

8 X1 R6 i0 g7 Y6 r9 f- Q8 I
　　X-Ray用于产地分析（下图中同品牌同型号的芯片）

7 Z& h4 e5 f3 A( f, ?6 q* Q
　　X-Ray 用于失效分析（PCB探伤、分析）

' T5 W. {! Y' f  o4 O- x5 C$ D
　　（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）

" ?3 z4 Y* k8 R% f9 y9 }5 B
　　4、打开封装, T( F, Y# g2 j- \5 b
　　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。

7 X+ ?' D' _( P' e& T: V　　机械开封
! v: q% B4 |3 u　　化学开封
9 l, ^: N) X& T8 T$ W, V4 f; X　　5、显微形貌像技术. F. B  L/ V; O& ^/ V9 _7 V
　　光学显微镜分析技术
/ X2 }* |3 h* S2 K$ \7 M$ w, U* b　　扫描电子显微镜的二次电子像技术# b, V) N8 \: c4 P3 X* b" r/ W
　　电压效应的失效定位技术  j# i8 R% y1 q1 z* x8 D8 q* u
　　6、半导体主要失效机理分析

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　　电应力（EOD）损伤
9 K4 L7 R2 G) J+ ^　　静电放电（ESD）损伤) W7 h9 k1 b1 \. i. s+ Z
　　封装失效
" R& x% Y! j, T( \  f　　引线键合失效
* f6 R/ ]& P" {" k" x' C　　芯片粘接不良
0 Q9 j. o5 Z* r5 \$ O. U2 X+ S　　金属半导体接触退化
' ^4 p! a% O1 n6 C- t2 L$ N) j　　钠离子沾污失效
( a3 A- R5 m; B3 N' l9 X　　氧化层针孔失效