一、電子元器件失效分析技術
1.1、失效分析的基本概念
1.2、失效分析的重要意義
1.3、失效分析的一般程序
1.4、收集失效現場數據
1.5、以失效分析為目的的電測技術
1.6、無損失效分析技術
1.7、樣品制備技術
1.8、顯微形貌像技術
1.9、以測量電壓效應為基礎的失效定位技術
1.10、以測量電流效應為基礎的失效定位技術
1.11、電子元器件化學成份分析技術

1.1 失效分析的基本概念
目的： 確定失效模式和失效機理，提出糾正 措施，防止這種失效模式和失效機理重復出現。
失效模式：指觀察到的失效現象、失效形 式，如開路、短路、參數漂移、功能失效等。失效機理：指失效的物理化學過程，如疲勞、 腐蝕和過應力等。

引起開路失效的主要原因：
過電損傷、靜電擊穿（SEM、圖示儀）、金 屬電遷移、金屬的化學腐蝕、壓焊點脫落、閂鎖效應。其中淀積Al時提高硅片的溫度可以提高Al原 子的晶塊體積，可以改善電遷移。

典型的閂鎖效應電源對地的I－V曲線

引起漏電和短路失效的主要原因：
顆粒引發短路、介質擊穿、PN結微等離子擊 穿、Si－Al互溶

引起參數漂移的主要原因：
封裝內水汽凝結、介質的離子粘污、歐姆接 觸退化、金屬電遷移、輻射損傷
例：
Pad點處無鈍化層，有水汽的話，會導致短 路，水汽蒸發后又恢復絕緣性，表現為工作 時參數不穩定。
失效物理模型：
1、應力－強度模型（適于瞬間失效）
失效原因：應力>強度
例如：過電應力（EOS）、靜電放電（ESD）、閂鎖（Latch up）等。
2、應力－時間模型（適于緩慢退化）
失效原因：應力的時間積累效應，特性變化 超差。
例如：金屬電遷移、腐蝕、熱疲勞等。

1.2失效分析的重要意義

電子元器件研制階段
糾正設計和研制中的錯誤，縮短研制周期
電子元器件生產階段、測試和使用階段 查找失效原因，判定失效的責任方
根據分析結果，生產廠可以改進元器件的設計和工藝，用戶可以改進電路板的設計、改進器件和整機的測試和使用的環境參數或者改變供貨商。

失效分析案例
案例1：GaAs微波器件的失效分析，表現為緩慢減小，通過研究金屬－半導體接觸退化的機理，確定了金半接觸處原子互擴散是根本原因，提出了增加阻擋層作為改進措施，通過對比改進前后的可靠性評價，證明了失效分析的有效性。

1.3失效分析的一般程序
1、收集失效現場數據
2、電測并確定失效模式
3、非破壞性分析
4、打開封裝
5、鏡檢
6、通電激勵芯片
7、失效定位
8、對失效部位進行物理、化學分析
9、綜合分析，確定失效原因，提出糾正措施

1.4 收集失效現場數據
1.4.1、應力類型與元器件失效模式或機理的關系舉例

1.4.2收集失效現場數據的主要內容
失效環境、失效應力、失效發生期以及失效 樣品在失效前后的電測試結果。

失效環境包括：溫度、濕度、電源環境、元器件在電路圖上的位置和所受電偏置的情況。
失效應力包括：電應力、溫度應力、機械應力、氣候應力和輻射應力。
失效發生期包括：失效樣品的經歷、失效時間處于早期失效、隨機失效或磨損失效。

1.5以失效分析為目的的電測技術
電子元器件的電測失效分類：
連接性失效（開路、短路、電阻變化等） 多數是ESD和EOS引起的，比例大概50％。
電參數失效（值超出范圍和參數不穩定） 例如：電流增益、光電流、暗電流等。
功能失效（給定輸入信號，輸出異常） 多數是集成電路。

電子元器件電測失效之間的相關性

例如數字集成電路，連接性失效可引起電參
數失效和功能失效。
輸入端漏電－>輸入電流Iin、輸入電壓Vin達不到要求－>功能失效、靜態電流IDDQ失效
輸入端開路和輸出端開路－>功能失效
電源對地短路－>功能失效、靜態電源電流IDDQ失效

電測的重要結論：

電測失效模式可能多種模式共存。
一般只有一個主要失效模式，該失效模式可能引發 其他失效模式。
連接性失效，電參數失效和功能失效呈遞增趨勢，功能失效和電參數失效時常可以歸結于連接性失效。在缺少復雜功能測試設備時，有可能用簡單的連接性測試和參數測試，結合物理失效分析技術，仍然可以獲得令人滿意的失效分析結果。

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