1、失效分析 步骤与方法,-徐勤伟 06年5月,QRA DEPARTMENT,内容提要,基本概念 失效分析的目的和作用 失效分析的一般步骤 失效分析技术介绍 失效机理的分析 案例 注意事项 Q&A,一、基本概念,失效 器件性能发生剧烈的或是缓慢的变化,这些变化达到一定程度,器件不能正常工作,这种现象叫做失效。 失效模式 指失效的表现形式，一般指器件失效时的状态，如开路、短路、漏电或参数漂移等。,失效模式的分类 按失效的持续性 致命性 、间歇性、缓慢退化 按失效时间 早期失效 、随机失效 、磨损失效 按电测结果 开路、短路、漏电、参数漂移,失效机理 失效的物理和化学根源叫失效机理。 物理和化学根源包
2、括：环境、应力和时间，环境和应力包括温度、湿度、电、机械等 失效的物理模型 应力-强度模型 认为失效原因是由于产品所受应力超过其极限强度，此模型可解释EOS、ESD、Body crack等。 应力-时间模型 认为产品由于受到应力的时间累积效应，产品发生化学反应，微观结构发生变化，达到一定程度时失效，此模型可解释材料的欧姆接触电阻增大，电压随时间衰降，焊接部分的热疲劳现象等。,二、失效分析的目的及作用,目的 找出器件失效的物理和化学根源，确定产品的失效机理 作用 获得改进工艺、提出纠正措施，防止失效重复出现的依据 确定失效的责任方，避免不必要的损失赔偿 评估产品的可靠度,三、一般步骤,1、收集失
3、效数据 2、烘焙 3、测试并确定失效模式 4、非破坏性分析 5、DE-CAP 6、失效定位 7、对失效部分进行物理化学分析 8、综合分析，确定失效原因，提出改善措施,1、失效数据收集,作用：根据失效现场数据估计失效原因和 失效责任方 失效现场数据的内容 失效环境：潮湿、辐射 失效应力：过电、静电、高温、低温、高低温 失效发生期:早期、随机、磨损 失效历史：以往同类器件的失效状况,2、烘焙,对于一些经过潮湿环境下失效，或从其电性上表现为漏电大或不稳定的器件，有必要进行烘焙后测试 方法： 温度：150常压 时间：4小时以上,3、电性测试及确定失效模式,不同与质量检验为目的的测试，采用非标准化的测试
4、方法，可以简化 包括引脚测试和芯片测试两类 可以确定失效的管脚和模式，但不能确定失效的确切部位,4、非破坏性分析,定义：不必打开封装对样品进行失效分析的方法，一般有： 显微镜的外观检验 X-RAY检查内部结构 C-SAM 扫描内部结构及分层,5、DE-CAP分析,步骤一：去黑胶 配比：发烟HNO3：H2SO4=3：1 加热时间：煮沸后5-10分钟（根据材料大小）注意：酸液不能超过烧杯的规定刻度，以防加热过程酸液溅出来显微镜观察焊接件结构，芯片的外观检查等 烘烤后测试,步骤二：去铜 配比 浓硝酸 加热时间：沸腾后3-5分钟离开电炉至铜反应完注意：加热沸腾比较剧烈，加酸液的液面不要超过烧杯的规定刻
5、度，显微镜观察，焊锡的覆盖面积、气孔、位置、焊锡颗粒，芯片Crack等,步骤三：去焊锡 配比 浓硝酸 加热时间：沸腾后30分钟左右注意：加酸液的液面不要超过烧杯规定刻度，以防止酸液溅出显微镜观察，芯片正反两面观察，Surge mark点，结构 电性确认,6、失效定位,对于在芯片上明显的异常点，如Surge mark、Micro crack、氧化层脱落，比较容易定位 对于目视或显微镜下无法观察到的芯片，可以加电后借助红外热像仪或液晶测试找到失效点,7、失效点的物理化学分析,为更进一步确认失效点的失效机理，我们需要对失效点进行电子放大扫描(SEM)和能谱分析(EDX)，以找到失效点的形貌和化学元素
6、组成等，作为判定失效原因的依据。,8、综合分析,根据前面步骤的逐步分析，确定最终失效原因，提出报告及改善建议及完成报告。,你的成果,四、失效分析技术,1、摄影和光学显微术 本厂有0-400倍的光学显微镜和影象摄取装置,基本上可以含盖整个分析过程需要的光学检查 每个元件都需要记录一般状态的全景照片和特殊细节的一系列照片 不涉及分析结果或最终结论的照片可以在报告中不列入 拥有但不需要总比需要但没有要好,四、失效分析技术,光学显微镜作用 用来观察器件的外观及失效部位的表现形状、分布、尺寸、组织、结构、缺陷、应力等，如观察器件在过电应力下的各种烧毁和击穿现象，芯片的裂缝、沾污、划伤、焊锡覆盖状况等。
7、例：一些失效的在光学显微镜下观察到的现象,四、失效分析技术,四、失效分析技术,2、电测技术 质量检验的电测 采用标准化的测试方法，判定该器件是否合格，目的是确定器件是否满足预期的技术要求 失效分析的电测 采用非标准的测试方式，目的是用于确定器件的失效模式、失效部位并估计可能的实效机理 测试仪器、测试步骤及参数的种类都可以简化,四、失效分析技术,失效分析的电测 管脚测试 管脚测试可以确定失效的模式和管脚，无法确定失效的确切部位 例1：GBJ 的+AC1电性失效，其余管脚OK，则可以只对+AC1的晶粒做后续分析，如X-RAY等 例2：TO220AB的一端测试显示HI-VF，我们可以估计可能的失效模式为晶粒横裂等。,四、失效分析技术,四、失效分析技术,芯片测试（DECAP后的测试） 芯片测试可以缩小失效分析的范围，省去一些分析步骤 例：做过PCT的失效器件在去黑胶后测试电性恢复，后续的去铜可以不做，可以初步判定失效机理为水汽进入封装本体引起，导致失效,
