元器件失效分析方法

lilino

器件一旦坏了，千万不要敬而远之，而应该如获至宝。
　　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。
　　失效分析基本概念
　　定义：对失效电子元器件进行诊断过程。
# M/ z* L  i5 \- B1 \; U" A　　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、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。
　　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。
　　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。
$ M3 o+ p7 y" A/ o6 @% {8 x　　失效分析的一般程序
　　1、收集现场场数据

　　2、电测并确定失效模式
" W( \, p" o( c& x5 K$ f　　3、非破坏检查

       4、打开封装
( f, v! f2 ^. O1 C" [: I　　5、镜验
9 P1 ~8 V: a- u% v* e' o0 a　　6、通电并进行失效定位
& r* x# L8 j" t7 x% K9 C2 y+ d: S　　7、对失效部位进行物理、化学分析，确定失效机理。
# s3 Q1 {4 Q  P" `. T+ l　　8、综合分析，确定失效原因，提出纠正措施。
　　1、收集现场数据：
. r3 D1 r7 p1 ^6 l　　2、电测并确定失效模式
　　电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。
　　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。
' y+ M. p0 {' \4 Y) t4 a( R　　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。
　　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。
　　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。
) J% b7 F2 e* \2 ?　　3、非破坏检查

3 [8 W) F7 A) U: }# ~3 m$ _0 N/ o　　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。

　　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
　　优势：工期短，直观易分析
4 b. ]5 G5 t& d! c　　劣势：获得信息有限
! z3 d, ^; z$ j# g* N1 s　　局限性：
　　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、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。
　　案例分析：
/ V- Z& b( K1 o+ P' K+ D4 a　　X-Ray 探伤----气泡、邦定线

　　X-Ray 真伪鉴别----空包弹（图中可见，未有晶粒）

& B9 _8 Q8 ~$ @" l6 K  M　　“徒有其表”

　　下面这个才是货真价实的

  z( D" b; M1 ^　　X-Ray用于产地分析（下图中同品牌同型号的芯片）

　　X-Ray 用于失效分析（PCB探伤、分析）

5 M. W+ @! p: w+ p3 r　　（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）

　　4、打开封装
! K: t# Z( Z/ ^- ~0 J) l8 O9 @+ 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。

　　机械开封
　　化学开封
　　5、显微形貌像技术
　　光学显微镜分析技术
9 a! U) A6 I& w' I) ~' x% D& w8 e$ E6 d& @　　扫描电子显微镜的二次电子像技术
　　电压效应的失效定位技术
9 M1 Z0 d1 F( c　　6、半导体主要失效机理分析

　　电应力（EOD）损伤
7 T/ i( ~6 D7 K: ]6 r3 m　　静电放电（ESD）损伤
　　封装失效
　　引线键合失效
　　芯片粘接不良
5 m/ `! h0 l" _+ K+ K　　金属半导体接触退化
$ k5 _3 G6 b& q9 m　　钠离子沾污失效
　　氧化层针孔失效

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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。