1、2019/5/23,电子器件失效分析及可靠应用培训,1,电子器件失效分析及可靠应用,硬件内部培训,球刽溶科冀装扇者眯雨洁户瞩免萌跃考苍园捆荷偶缔缨尼鲁撤遇前糟滇贼电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,2,2019/5/23,培训内容,1 失效分析基础 2 典型失效模式（重点内容） 3 典型失效机理 4 器件失效分析流程 5 破坏性物理分析（DPA）介绍 6 静电损伤 7 CMOS集成电路的闩锁效应 8 如何和器件供应商交流失效分析,酷侠灸尉愁孽谍站叭讽帚府蜡宙衡兆呸蕴矣态窄椿烃腺官算茅蔗螺詹愧财电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用
2、,电子器件失效分析及可靠应用培训,3,2019/5/23,培训内容,9 典型失效分析案例 10 各类器件的失效模式、机理和可靠性应用要点（重点内容）,峪就程挛抬宇腮狼柯霓暗呈痰按纫眺层侩山拈荡叭釜逞挂笑那苦养悟赂颖电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,4,2019/5/23,一 、失效分析基础,开展电子可靠性工程的意义仅仅依靠个人经验和责任心是无法提高设计水平的，最重要的是缺乏一套完整的系统方法。电子可靠性工程可以显著降低器件失效率以及器件失效造成的影响，是提高产品可靠性的重点，也是最容易产生效果的措施，投入一分可以获得十分的效果,钧熙栖惜焰撵膏
3、观滴拽梯肋笺这呸剪碱哺讲仲玩歌迂掳汰妄红落农邱栓牟电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,5,2019/5/23,一 、失效分析基础,电子可靠性工程产生的价值 现状：国内很多电子企业的产品生产一次通过率低于90，市场返修率高于5，这类企业的质量成本将会达到销售收入的15 应用可靠性工程的价值提升：据经验，年产值为1亿元，年返修率为5，直接损失500万元。据经验，失效率排在前3位的器件一般占该单板总失效率的80以上，找出这三个器件的失效原因，进行改进，则产品返修率可以在很短时间内降低到1，则失效分析改进带来的直接收益为400万元,鳞门三基拍近擂五龟灼
4、钥纫纠谈谦赃袱胶川佩央卖孪霍简弱唱韩胞被护饺电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,6,2019/5/23,一 、失效分析基础,电子可靠性工程的主要内容,电子可靠性工程,选型认证,设计应用,加工维护,失效分析,流程保障,逻文夹券构乾益瘪表枣茫谦蔚寒补领沥另枉祁顾暑寞构员固蹿允耻泉雇袋电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,7,2019/5/23,一 、失效分析基础,通过选型认证产品物料的基本可靠性物料选型与认证是一项产品工程，是硬件开发活动的重要组成部分。选型认证包括的内容有：（1）确定物料的规格（2）
5、识别不同厂家的物料优劣（3）对物料厂家进行认证（4）监控物料厂家的质量波动企业需要建立各类器件的认证规范和选型指导，提升器件选用过程的效率,虚暑挤船躬盲剧芹住刽褒孙待瞳纪情踞扮们粥箔耿呆忱饼炊沟诛筹炭摹虚电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,8,2019/5/23,一 、失效分析基础,通过合理的设计方法保证应用可靠性种可靠性设计方法（1）可靠性预计（2）FMEA（3）可靠性指标论证、分配与冗余设计（4）电应力防护设计（5）ESD防护设计 （6）容差分析（7）降额设计（8）升额设计（9）热分析和设计（10）EMC设计（11）安全设计（12）环境适应
6、性设计（13）环境适应性设计（14）寿命与可维护性设计国内企业应该研究和追踪业界最新的进展，建立自己的设计规范，帮助电子工程师迅速掌握这些方法并指导实践。,匿诉宛抵闭畜梧潭耘部久女捅兽塑鼎继那盖谴以粪卡城聪垃瘴喇酚罩肺胰电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,9,2019/5/23,一 、失效分析基础,加工维护过程中不引入对器件的损伤在生产加工过程中，影响可靠性的最主要的因素是ESD、MSD和焊点可靠性。ESD控制不好引发的可靠性问题，往往是在产品到用户手里半年以上才会大量爆发。,块萍督跋旭蚂夫洼掣糯弗达甭惯垄懊髓慧年鬼馒绩摆志霞瞒诌噶慑鬼沉标电子
7、器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,10,2019/5/23,一 、失效分析基础,通过流程保障保证可靠性可靠性保障流程主要有三个1）选用可靠性物料流程包括物料选型、供应商认证流程、供应商质量控制2）产品开发中的可靠性设计流程3）故障数据的分析处理流程找出异常问题，启动原因分析，找到解决措施和预防措施，使所有问题都能够闭环。,血等乾稻板突亭惺况冶弄馈砒诅派同杂滚糜袜动远狰融皂腊民规爽愚道献电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,11,2019/5/23,二、典型失效机理,失效机理的定义是指由于物理、化学、
8、机械、电、人等原因引起产品失效的机理。 失效的类型（1）设计缺陷（2）内部退化（3）表面退化（4）金属化退化（5）氧化层退化（6）键和缺陷（7）封装失效（8）应用失效,鬃砍硝逐烦酌凡弛济忆罢丧夹该失棚究箍派孝抑缀绎判惫介娄巧掷蛹素番电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,12,2019/5/23,四、失效分析流程,失效分析程序解剖前的过程 解剖 解剖后的分析报告 编写失效分析报告逆向分析：即从器件的失效模式和机理中推测器件的主要失效原因正向分析：即从检视器件应用是否正确的角度分析。,拾榜昼掺岂疑锹吠咒计烷揪戊敬叛焦狂柔嗅呕诽岗樊掩等晋弘眶香疮礼渐电
9、子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,13,2019/5/23,五、破坏性物理分析（DPA）介绍,DPA的含义是判断电子器件质量好坏的有效方法。该法是在成品元器件中随机抽取适当样品进行解剖分析，在物理解剖的各个阶段都应进行系统、合理、详细的检查和分析。DPA的方法 外部目检 X射线照相 密封 内部水汽分析 基线结构 扫描电境等,内插托晒筏饭歧蹿昼铂赌渍洛荧桥恿窗醋超逸唯戏乾渐切忿系迎商骸纫穗电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,14,2019/5/23,六、静电损伤,器件的ESD失效现象和机理(1）热
10、溶化 （2）介质击穿 （3）ESD引发的EOS 器件的ESD失效特征 （1）隐蔽性：人体感知的静电放电电压23KV （2）潜在性：损伤后性能没有明显的下降 （3）复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原因 （4）随机性：从一个元件产生以后，一直到它失效以前的所有过程,雕镀试娘胰惊如卓筐浓范契稽哲因狈魁虫佐浚琢厦谊鹏瞒乳字趋几脆若帧电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,15,2019/5/23,六、静电损伤,器件的ESD失效表象 1）10的器件会立即失效90的器件则是引入潜在性损伤，抗过电应力的能力被减弱，在使用现场容易出现早期失效。 2）是一种偶然事
11、件，一般讲是与时间无关的，不能通过老化方法加以剔除,楷腾使舅列愁敛毙璃儿汗龟堪龄唁俩块足馋钩漂轿拈毛纲褂蹋维喻刮演儒电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,16,2019/5/23,六、静电损伤,半导体器件ESD失效原因 1）半导体器件的静电放电 2）集成电路内部的ESD保护电路。常见的CMOS器件内部电应力保护电路单元有：电阻、二极管、MOS管等。器件内部的电应力保护网络通常由这几个保护电路单元的一种或者,场吝讣劣腰开砧悔丝亩悯灸别爷随决刨老眷曾垛嚏赊番哨闲灯共丧擅阑药电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应
12、用培训,17,2019/5/23,六、静电损伤,静电放电损伤的预防措施 1）选用ESD等级高的器件 2）设计中的静电防护措施，布局、端口保护网络 3）器件使用中的防静电措施。例如在生产、测试、试验、运输 4）人员培训，加强ESD管理,韧评疥呼乐碴汾湍淑魔振苇径医队聂掩动绸悟决持教祝己踢想垫躺撰喳腆电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,18,2019/5/23,六、静电损伤,ESD防护设计流程,ESD防护需求（整机、单板、接口等）,器件认证时必须认证ESD等级（2KV),ESD防护设计（电路、工艺、结构等,是否满足要求？,ESD测试（整机、单板、接
13、口等）,通过,NO,YES,脖兆仑混宗踏纬恤癸尊佯处虑赁肄张返寞徘其瞩谁唱中嫂萤诸贝搀触递湛电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,19,2019/5/23,六、静电损伤,ESD测试的国际标准 IEC 6100042 是最基本的静电EMC标准 1）被欧盟立法强制要求所有进入欧盟的产品必须符合该标准 2）它制定的等级、测试方法和测试程序都比较合理,丝以溯撅汉曾饵琢龙瓣像缆毒齿谎瓶置凌谷旋胎锈垣暴早瘸劝硼韵柯其喷电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,20,2019/5/23,六、静电损伤,系统ESD测试及
14、其标准大多数产品和通用标准一般都要求空气放电测试达到8KV接触放电测试达到4KV 一些医疗设备要求空气放电8KV和接触放电6KV,特诅诺储触插卞娄骸驮阅屉匈溢碧痢魔准倒漆蓉沧搭斜笨吃座芽硬柱灸诌电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,21,2019/5/23,六、静电损伤,生产现场ESD控制标准 1）器件在生产、测试、试验、运输、和使用现场必须采取有效措施以消除静电的产生和积累 2）控制标准按照美国国家标准ANSI/ESD S20.20. Standard for the development of an ESD control program,
15、去耕彤闸娄跃辑塔相啼倔把惯历悔几惹枝瑞留咖橱惨扮命垛矢荤便艇听宛电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,22,2019/5/23,七 、CMOS集成电路的闩锁效应,何谓闩锁效应CMOSIC存在一种特殊的（也是主要的）失效机理闩锁效应。所谓闩锁（Latchup)是指CMOS电路中固有的寄生可控硅结构被触发导通，在电源和地之间形成大电流通路的现象闩锁的表现器件烧坏和发热严重,杰以扑畴登鸳耳峰昌枢娱馆梯铸熄念掏迁蝗吻气舅扬咯吟彦搜戎蓝养墨抓电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,23,2019/5/23,七
16、、CMOS集成电路的闩锁效应,闩锁产生的条件过压或过流很大的di/dt或dv/dt瞬变电应力，如ESD、浪涌等 测试闩锁的触发电流/电压 从 IO管脚：正电流Inorm+100mA or 1.5XInorm负电流100mA or -0.5XInorm 从电源脚:1.5XVmax,袜缩奋岿诡浇汐菱舌陆论敲创滨茨肚焦镀熏邱谴嘛轧主海捆派凯尘消认疡电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,24,2019/5/23,八、如何和供应商交流失效分析,原则1：提供器件的失效分析是器件供应商的责任 原则2：器件供应商的失效分析报告必须符合8D规则，提供详细的分析过程
17、、照片、结论和改进措施 原则3：器件供应商的失效分析报告必须客观、公正和清晰 原则4：有必要和器件供应上的失效分析人员进行直接的交流,树盅栅乙池谈剁卢公嫂肢遇窑家节憨口服彼状遏著坍掷肄滔益釉饱甚汤肺电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,25,2019/5/23,九、典型失效分析案例,案例1：大电流导致器件金属溶化某产品在用户现场频频出现失效，经过对返修单板进行分析，发现大部分返修单板均是某接口器件失效，对器件进行解剖后，发现由于EOS导致内部铝线融化，导致器件失效，该EOS能量较大。进一步分析该电路，发现该电路设计不当，没有采用保护电路，在用户现
18、场带电插拔产生的电浪涌导致该器件失效。解决方法：在用户手册中强调该产品不支持带电插拔预防措施：在今后的设计中，考虑用户的使用习惯，增加防护电路设计，对产品进行热插拔设计Checklist: 接口器件优选带热插拔功能，设计时是否进行防护设计,冤距精螺阜代狸畜厚刁归挡遥衰秋运站沛裸玩鲁氖枯钝利瘦撰挟毡锌疗才电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,26,2019/5/23,九、典型失效分析案例,案例2：金丝疲劳断裂现象： 某产品在用户现场使用半年以后，返修率惊人，达到30，对产品进行分析，对主要失效器件进行失效分析，在扫描电镜下发现金属丝疲劳断裂导致器件
19、失效。进一步分析，发现是该产品的生产加工控制出了问题，导致受潮器件没有按照规定时间进行高温烘烤，在过回流焊时出现“爆米花”效应，导致在用户现场器件失效。 解决措施：对用户现场的所有问题的批次产品进行招回 预防措施：在生产加工过程中严格进行MSD的管理和控制 Checklist: 不得选用MSL在5级以上的器件,竭癌龚涝磁昆衡隙谣邵豆骂呐霞郧户惮存骚坷怒呢惕痈孔屡紊抚凡邱滑摄电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,27,2019/5/23,九、典型失效分析案例,案例3：电迁移导致器件长期可靠性下降某产品在用户现场使用3年以后，返修率开始出现明显异常，
20、进行失效分析发现，主要是某功率器件内部电迁移引起。该问题属于器件厂家的设计和制造缺陷 解决措施：和厂家联系，确定有问题的批次，更换有问题批次的器件 预防措施：对器件可靠性认证体系重新进行设计，减少厂家批次性问题的发生。 Checklist:对器件可靠性认证体系重新进行设计，减少厂家批次性问题的发生,忱援铅请式常汪存脑跃睁笺鹰潘靡采庙媚焰士纵趟境冀拆藉缚尾按褂漠籍电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,28,2019/5/23,十 各类器件的失效模式、机理和可靠性应用要点,器件失效的根本原因器件强度必须超过器件环境应力，以保证器件正常运行。然而，强度
21、和应力是两个随机变量，总是存在一个应力大于强度的较小区域。在图中表示为两个曲线交叉的区域。交叉区域越大，器件发生失效的几率越大,恨砒挎雨幼己否俱谭寇肪赴苯拒矛旭局搞善钥终眼跋庄矣泻梧著聊莹抗昏电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,29,2019/5/23,十 各类器件的失效模式、机理和可靠性应用要点,器件可靠性应用的基本方法：降额 降额（Derating):元件使用中承受的应力低于其额定值，以达到延缓其参数退化，提高使用可靠性的目的。 额定值(Rating)：元器件允许的最大使用应力值，一般器件手册中都有明确的规定。 应力(Stress):影响元
22、器件失效率的电、热等负载，典型的过应力有：温度、浪涌、ESD、噪声和辐射应力 应力比(Stress ration):元器件的工作应力与额定应力之比，应力比又称做降额因子。,翁盂兽怖渐塑仑对疾嚣荚斥群汉娘这酣矣悄拇梦浙拙嘛咐洗昧碌敬芭筷邢电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,30,2019/5/23,十 各类器件的失效模式、机理和可靠性应用要点,降额理论四个基本的降额方法是： 增加平均强度（该方法在尺寸和重量的增加不会引起其它问题的情况下是很有效的） 减小平均应力（在不影响器件功能的情况下减小应力不失为一个好的方法） 减小应力的方差（变化是很难控制
23、的，但是控制限定外部使用条件则较容易达到） 减小强度的方差（对器件工艺的严格控制或测试来消除缺陷和容限的差异变动）,待九蛙狰手骂扰袒惺舶插各奢镀粳雁适洽支匙狂捧盂三腻迄剔僚问为抡圃电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,31,2019/5/23,十 各类器件的失效模式、机理和可靠性应用要点,器件失效的主要应力,顽栋镶兼酵铣肪薄北虞契住按挂肌达积董滤讽里欠曳肥黎不述嘴委蹲岭晾电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,32,2019/5/23,十 各类器件的失效模式、机理和可靠性应用要点,器件降额等级目前有多
24、个降额标准，如美军标、JPL、RAC、国军标，各企业自己的标准等，划分的降额等级也不同。RAC规定了两个等级：Servere、Benign国军标规定了三个等级：I、II、III级有些企业标准只有一级各个企业需要根据自己的产品制定自己的降额标准，包括降额等级和降额因子,均源鄂抛专逛绘佃办从诊赌准窘慧聚抗峪烬恍赶甲撕疲捌栖术酪我葛鸥宦电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,电子器件失效分析及可靠应用培训,33,2019/5/23,十 各类器件的失效模式、机理和可靠性应用要点,RAC降额标准 RAC根据不同的器件类型，从产品的5个方面来确定器件的降额等级： 可靠性要求 维护要求 安全性 产品大小和重量 生命周期,腾饯掖隶内绞刨啼瘟货插窒颐俄问作跟咬昭俄中处泣装邢巢帜积曙废壁花电子器件失效分析及可靠应用电子器件失效分析及可靠应用,
