电子元器件的失效分析.docVIP

电子元器件的失效分析 随着人们对电子产品质量可靠性的要求不断增加，电子元器件的可靠性不断引起人们的关注，如何提高可靠性成为电子元器件制造的热点问题。例如在卫星、飞机、舰船和计算机等所用电子元器件质量可靠性是卫星、飞机、舰船和计算机质量可靠性的基础。这些都成为电子元器件可靠性又来和发展的动力，而电子元器件的实效分析成为其中很重要的部分。 一、失效分析的定义及意义 可靠性工作的目的不仅是为了了解、评价电子元器件的可靠性水平，更重要的是要改进、提高电子元器件的可靠性。所以，在从使用现场或可靠性试验中获得失效器件后，必须对它进行各种测试、分析，寻找、确定失效的原因，将分析结果反馈给设计、制造、管理等有关部门，采取针对性强的有效纠正措施，以改进、提高器件的可靠性。这种测试分析，寻找失效原因或机理的过程，就是失效分析。 失效分析室对电子元器件失效机理、原因的诊断过程，是提高电子元器件可靠性的必由之路。元器件由设计到生产到应用等各个环节，都有可能失效，从而失效分析贯穿于电子元器件的整个寿命周期。因此，需要找出其失效产生原因，确定失效模式，并提出纠正措施，防止相同失效模式和失效机理在每个元器件上重复出现，提高元器件的可靠性。 归纳起来，失效分析的意义有以下5点： （1）通过失效分析得到改进设计、工艺或应用的理论和思想。 （2）通过了解引起失效的物理现象得到预测可靠性模型公式。 （3）为可靠性试验条件提供理论依据和实际分析手段。 （4）在处理工程遇到的元器件问题时，为是否要整批不用提供决策依据。 （5）通过实施失效分析的纠正措施可以提高成品率和可靠性，减小系统试验和运行工作时的故障，得到明显的经济效益。 二、失效的分类 在实际使用中，可以根据需要对失效做适当的分类。按失效模式，可以分为开路、短路、无功能、特性退化（劣化）、重测合格；按失效原因，可以分成误用失效、本质失效、早期失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按失效程度，可分为完全失效、部分（局部）失效；按失效时间特性程度及时间特性的组合，可以分成突然失效、渐变失效、间隙失效、稳定失效、突变失效、退化失效、可恢复性失效；按失效后果的严重性，可以分为致命失效、严重失效、轻度失效；按失效的关联性和独立性，可以分为关联失效、非关联失效、独立失效、从属失效；按失效的场合，可分为试验失效、现场失效（现场失效可以再分为调试失效、运行失效）；按失效的外部表现，可以分为明显失效、隐蔽失效。 三、失效机理与失效模型 电子元器件的失效主要是在产品的制造、试验、运输、存储和使用等过程中发生的，与原材料、设计、制造、使用密切相关。电子元器件的种类很多，相应的失效模式和机理也很多。失效机理是器件失效的实质原因，说明器件是如何失效的，即引起器件失效的物理化学过程，但与此相对的是它迟早也要表现出的一系列宏观性能、性质变化，如疲劳、腐蚀和过应力等。我们可以根据不同的失效机理确定相应的失效模型，对电子元器件进行失效分析。从现场失效和试验中去收集尽可能多得信息（包括失效形态、失效表现现象及失效结果等）进行归纳和总结电子元器件的是失效模式，分析和验证失效机理，并针对失效模式和失效机理采取有效措施，是不断提高电子元器件可靠性水平的过程。电子元器件的主要失效机理有： （1）过应力（EOS）：是指元器件承受的电流、电压应力或功率超过其允许的最大范围。 （2）静电损伤（ESD）：电子器件在加工成产、组装、贮存以及运输过程中，可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触，所带静电经过器件引脚放电到地，使器件收到损伤或失效。 （3）闩锁效应（latch-up）：MOS电路中由于寄生PNPN晶体管的存在而呈现一种低阻状态，这种低阻状态在触发条件去除或终止后仍会存在 （4）电迁移（EM）：当器件工作是，金属互联线内有一定的电流通过，金属离子会沿导体产生质量的运输，其结果会使导体的某些部位出现空洞或晶须。 （5）热载流子效应（HC）：热载流子是指能量比费米能级大几个kT以上的载流子。这些载流子与晶格不处于热平衡状态，当其能量达到或超过Si-SiO2界面势垒时（对电子注入为3.2eV，对空穴注入为4.5eV）便会注入到氧化层中，产生界面态、氧化层陷阱或被陷阱所俘获，使氧化层电荷增加或波动不稳，这就是热载流子效应。 （6）栅氧击穿：在MOS器件及其电路中，栅氧化层缺陷会导致栅氧漏电，漏电增加到一定程度即构成击穿。 （7）与时间有关的介质击穿（TDDB）：施加的电场低于栅氧的本征击穿强度，但经历一定的时间后仍会发生击穿现象，这是由于施加应力的过程中，氧化层内产生并聚集了缺陷的原因。 （8）由于金-铝之间的化学势不同，经长期使用或200℃以上的高温存储后，会产生多种金属间化合物，如紫斑、白斑等。使铝层变薄、接