电子元件失落效的分析

由于最近在做这方面的事情，以是想跟大家一起来学习下，电子元器件失落效状况的剖析，实在我们在事情中都会碰着有元器件失落效的情形，一样平常须要借助干系工具或者仪器设备来剖析，很多时候，我们碰着类似的情形时，有可能就把不良元件扔到垃圾桶了，本日我就跟大家来一起学习下，为什么要做元件失落效剖析以及磋商下大家一样平常碰着类似情形下会怎么做？

目录

一.失落效剖析的目的和意义

二.失落效剖析的基本内容

三.失落效剖析哀求

四.紧张失落效模式及其分布

五.紧张的失落效的缘故原由和定义

六.失落效剖析的紧张顺序

七.实例

八.掌握失落效模式的方法

九 .一样平常塑封器件分层预防方法

十.工艺质量的掌握方法

一.失落效剖析的目的和意义

失落效剖析的目的是借助各种测试剖析技能和剖析程序确认电子元器件的失落效征象，分辨其失落效模式和失落效机理，并终极确认其失落效缘故原由，并提出改进设计和制造工艺的建议，防止失落效的重复涌现，提高元器件的可靠性，失落效剖析是产品可靠性工程中一个主要组成部分。

一样平常电子产品在研发阶段，失落效剖析可纠正设计和研发阶段的缺点，缩短研发周期，在产品生产、测试和利用期间，失落效剖析可找出元件的失落效缘故原由与引起元件失落效的任务方，并根据失落效剖析结果，改进设计，并完善产品，提高整机的成品良率和可靠性有主要意义。

二.失落效剖析的基本内容

对付电子元件失落效缘故原由过程的诊断过程叫做失落效剖析，但是我们在进行失落效剖析的过程中，每每须要借助仪器设备，以及化学类手段进行剖析，失落效剖析的紧张内容包括：明确剖析工具，确认失落效模式，判断失落效缘故原由，研究失落效机理，提出改进预防方法。

1.明确剖析工具

失落效剖析首先要确认剖析工具及失落效发生的背景，在对失落效产品的剖析前需先理解失落效发生时的情形，并确定在那个环节发生失落效，如可能的话，最好是能详细描述失落效时的征象以及失落效发生前后的变革，并确认产品是否真的失落效，就像我们的产品在实验室做实验时，总会有不良状况存在，只是我们在剖析之前须要先理解产品详细发生失落效的测试项目，详细在那个测试项目中发生失落效，失落效征象是怎么样的。

2.确认失落效模式

失落效的表面征象或失落效的表现形式便是失落效模式，失落效模式的确定常日采取两种办法（这里只讲元件的）电气测试和显微镜不雅观察，根据测试，不雅观察到的征象与效应进行初步剖析，确定涌现这些征象的可能的缘故原由，或者与失落效样品的那一部分有关联，通过外不雅观检讨，不雅观察样品外不雅观标志是否完全，是否存在机器损伤，是否有堕落痕迹等，通过电气测试判断其电气参数是否与原数据是否符合，剖析失落效的征象可能与失落效产品哪一部分有关。

3.判断失落效缘故原由

根据失落效模式、失落效元件材料性子、制造工艺和制造履历，结合不雅观察到的失落效的位置的大小，颜色，化学组成，物理构造，物理特性等成分，参照失落效发生的阶段，失落效发生的应力条件和环境条件，提出可能导致失落效的缘故原由。
失落效的缘故原由可能由一系列的缘故原由造成，如设计毛病，材料质量问题，制程问题，运输和储藏问题，以及操作过载等。

4.研究失落效机理

在确认失落效机理时，须要选用有关剖析，试验和对不雅观测设备对失落效样品进行剖析，验证失落效缘故原由的判断是否属实，并且能够把全体失落效的顺序与症状对照起来，也可以利用合格元件进行类似仿照毁坏性试验，并看能不能产生相似的失落效征象，通过反复验证，确认失落效的真实缘故原由所在。

5.提出预防方法及设计改进方法

根据剖析判断，提出肃清产生失落效的办法和建议，及时的反馈到设计，工艺，利用者等各方面，以便掌握以及杜绝失落效征象的再次涌现，一样平常须要大家对元件的材料，工艺，电路设计，构造设计，筛选方法和条件，利用方法和条件，质量掌握等方面有相称强的理解。

三.失落效剖析哀求

现在科技发展迅速，电子产品越来越小型化，繁芜化，系统化，其他的功能越来越强大，集成度越来越高，体积越来越小，以是对付失落效元件剖析的哀求越来越高，用于剖析的失落效的新技能，新方法，新设备越来越多，在实际的失落效剖析过程中，碰着的失落效情形各不相同，可以根据失落效剖析的目的与实际，选择得当的剖析技能与方法，要做到模式准确，缘故原由明确，机理清楚，方法得力，仿照再现，举一反三。

1.模式准确

失落效模式指的是失落效外在直不雅观失落效变现形式和过程规律，常日指测试或不雅观察到失落效征象，失落效形式，如开路，短路，参数漂移，功能失落效等，须要我们做到的是将失落效类型与失落效性子判断准确，失落效模式判断应先从失落效的环境入手，失落效的环境反应了失落效的外部环境，对确定失落效的任务方有主要意义，失落效环境包括：温度，湿度，电源环境，元器件在电路图的位置，浸染，事情条件和偏置状况。
失落效应力包括：电应力，温度应力，机器应力，景象应力和辐射应力，如样品经可靠性试验而失落效，须要理解样品经受试验应力种类和韶光。
失落效发生期包括，失落效样品的经历和失落效韶光，失落效发生阶段，如研发，生产，测试，试验，储存，利用等。
常日情形下，失落效剖析前须要先做电测，并针对失落效样品与正常样品进行数据比对，并查看同一测试条件的情形下，数据的不同之处。

2.失落效缘故原由明确

失落效缘故原由的判断常日是全体失落效剖析的核心和关键，对付确定失落效机理，提出预防方法等均具有主要意义，失落效缘故原由常日是指造成电子元件失落效的直接关键性成分，其判断建立在失落效模式判断的根本上，通过失落效缘故原由的剖析判断，确定造成失落效的直接关键成分处于设计，材料，制造工艺，利用环境，失落效现场数据为确定电子元件失落效缘故原由供应主要依据，失落效可分为早期失落效，随机失落效和磨丢失效，早期失落效是由工艺毛病，原材料毛病，筛选遗漏引起，随机失落效是由整机开关的浪涌电流，静电放电，过电损伤等，磨丢失效紧张由电子元件的自然老化引起。

3.剖析到位，方法得力，仿照再现

失落效剖析是一个繁芜，综合性强的过程，不仅仅是须要失落效工程师的剖析，而且须要设计工程师，制造工程师的密切合营，实在为了得到得当的失落效剖析结果，须要具备几个基本知识，保护实物证据，避免过多的加电测试，担保失落效元器件在到达失落效剖析工程师手中时不受损伤，制订剖析方案，确定失落效征象等。

四.紧张失落效模式及其分布

五.紧张的失落效的缘故原由和定义

紧张的失落效缘故原由是物理与化学的过程，可能是设计上的弱点或者是制造工艺中形成的潜在毛病，在某种应力浸染下发生失落效。

1.机器损伤

机器损伤在电子元件制备电极及电极系统工艺中常常涌现，如果在成品中，存在金属膜划伤毛病而未被剔除，则划伤毛病将是元器件潜在的失落效成分，必将影响器件的长期可靠性。

2.结穿刺

结穿刺是指PN结界面处于一导电物所穿透，结穿刺常日导致PN结短路失落效。

3.金属化电迁移

当元件在事情时，在电流的浸染下，金属离子沿导体移动，导体内部某一部位涌现空洞，这便是电迁移，产生电迁移的内在成分为薄膜导体内部构造的非均匀化，外部成分为电流密度。

4.表面离子沾污

电子元件在制造过程和利用过程中，因芯片表面沾污了湿气和导电物质，或由于辐射电离，静电荷积累等成分影响，在器件内部氧化层表面产生正离子和负离子，在偏压的浸染下能沿表面移动，正离子聚拢在负电极周围，负离子聚拢在正电极周围，沾污严重时足以使芯片发生改变，引起表面泄电，击穿，表面离子沾污还会引起金属堕落，使的电极和封装系统发生生锈、断裂。

5.银迁移

在电子元件储存过程及利用中，空气中存在湿气，水分，导致其相对活泼的金属银离子发生迁移，导致短路，耐压劣化，绝缘性能变差等失落效。

6.过电应力

电子元件在其参数指标中设定了利用时所承载的最大应力，包括最高环境温度，最大额定功率，最大事情电压、电流、峰值电压、最大输入、输出电流/电压等，如果在利用过程中，所加的电应力超过元件的最大应力，纵然是瞬间通过，也会对元件造成损伤，一样平常过电应力分为过电压和过电流两种，在过电应力浸染下，电子元件局部形成热点，当温度达到材料熔点时，会造成材料熔化，形成开路或者短路，导致元件失落效。

7.静电损伤

静电失落效分为两种，潜在性失落效和突发性失落效，潜在性失落效是指静电的放电能量比较低，仅仅局限于元件内部轻微损伤，放电后元件参数变革不大，但元件的抗过电压能力已经低落，利用寿命缩短，经由一段事情韶光后就会再次涌现失落效，而突发性失落效是指元件在静电放电损伤后，溘然涌现开路、短路或者参数漂移，这类表现明显，也比较随意马虎被创造。

对付电子材料来讲，静电分为过电压场和过电流热，过电压场指的是高阻抗的静电放电回路中，绝缘介质两端电极受到高静电放电电荷而呈现高电压，有可能使电极之间的电场超过其介质临界击穿电场，使得电极之间介质发生击穿失落效，过电压场失落效多发于MOS元器件以及双极性电路和稠浊电路。
过电流热失落效指的是在较低阻抗的放电回路中，由于静电放电电流过大，使局部区域温度温升超过材料熔点温度，导致材料发生局部熔融是元器件失落效，过电流热致失落效多发生在双极性元件，包括输入用PN结保护的MOS电路，肖特基二极管以及含有双极性元件的稠浊电路。

六.失落效剖析的紧张顺序

失落效剖析原则是前辈行非毁坏性剖析，后进行毁坏性剖析，先外部分析，后解剖剖析，先理解失落效的有关情形，比如说设计线路，应力条件，失落效征象，后剖析元器件。

1.失落效环境的理解

①产品数据、存货量和储存条件。

②工艺过程、外场利用情形与失落效日期。

③产品在制造和装置工艺过程中的工艺条件、交货日期、条件和可接管的检讨结果，装置条件和相同失落效的有关记录。

④电路条件、热/机器应力、操作环境，温/湿度，室内/外，失落效前发生的操作。

⑤失落效类型，特性变革，完备失落效或间歇性失落效，失落效比例和批次情形，失落效的处于何种征象，无功能、参数漂移、开路、短路。

2.失落效样品的保护

由于机器损伤和环境堕落引起失落效的结果，必须对元器件进行拍照保存其原始描述，必须担保样品在通报和存放过程中，不受环境、电和机器应力的再一次损伤。

3.失落效剖析方案设计

失落效方案设计的目的是为了有顺序的选择试验项目，避免盲目性，避免失落误和覆盖有关痕迹，可以节省韶光，以便快速准确的找到失落效的缘故原由。

4.外不雅观检讨

外不雅观检讨须要通过肉眼来对失落效元件与正常元件的差异，须要看失落效元件上是否由灰尘、水迹、油迹、焊料痕迹、或者其他液体沾污，引起互连劣化和泄电，管脚有没有氧化、硫化和毛病，或者由压力引起的引线断开、机器引线破坏、封装裂痕等。

5.电气检测

1.电特性测试，通过对失落效元件电特性测试后，用来确定失落效模式。

2.直流特性测试，通过仪器设备来测试样品的直流特性，大规模集成电路中，寄生二极管的存在使电流的漂移跟不上等效电路的变革，测试须要参照合格品来测试。

3.失落效仿照测试，如果在电特性与直流特性检测不出来的情形下，须要进行利用条件的失落效仿照测试。

6.应力试验剖析

元件失落效一样平常与应力有关，包括温度，电压、电流、功率、湿度、机器振动、冲击、热冲击、温度循环等，可以通过应力试验评估产品的失落效应力分布，确定产品的失落效应力范围。

7.故障仿照剖析

一样平常仿照剖析包含 仿照运用剖析，全温度参数测试，瞬时短路、断路的试验剖析，高温和高湿电偏置试验。

8.内部分析

分为非毁坏性的内部分析和毁坏性剖析，内部分析包含X射线检讨，声学扫描检讨，残留气体检讨，密封性检讨，毁坏性检讨包含开封，失落效点定位，芯片钝化层去除，物理剖析，杂质和合成物剖析。

9.纠正方法

根据失落效剖析结果，提出防止再次发生失落效的方法与建议。

10.结果验证

失落效结果精确与否，在实际运用中会得到验证，有利于采纳有效方法防止类似失落效再次发生，提高元件可靠性。

七.实例

一样平常集成封装器件，紧张的失落效模式和干系的失落效机理如下：

1.开路 (EOS、ESD、电迁移、应力迁移、堕落、键合点脱落、机器应力、热变应力)

2.短路（PN结毛病、PN结穿钉、EOS、介质击穿、金属迁移）

3.参漂（氧化层电荷、表面离子、芯片裂纹、热载流子、辐射损伤）

4.功能失落效（EOS、ESD）

实例一 浪涌破坏

样品为整流桥，在实验室做实验过程中，溘然失落效，有输入没输出，属于功能失落效，紧张缘故原由是，浪涌破坏，紧张是过大的电源电压使器件发生击穿，形成短路，造成大电流，导致整流桥内部电流过大，导致整流桥破坏。

样品图如下：

八.掌握失落效模式的方法

一样平常造成失落效最常见的缘故原由是过电应力失落效，详细包括过电压，过电流，浪涌及静电损伤，要避免与掌握过电应力失落效，须要从以下几个方面改进：

①.尽可能的理解器件的抗过电应力，如抗过静电损伤能力，事情极限电压，事情极限电流，最高事情温度等，可以从规格书或者供应商处得到干系技能指标，也可抽样按照干系标准检测，例如抗静电能力的评价试验，只有知道干系的能力参数才能在利用过程中，采纳针对性设计和防护方法，在条件许可的情形下，尽可能选择抗过电应力强的器件。

②.电路设计时，在知足功能哀求外，还须针对抗过电应力进行干系的可靠性设计，知足一定的可靠性设计，如在接口处设计静电保护设计，电源真个抗过压设计，以及抗浪涌设计，设计完成的电路应进行干系的抗过电能力评价试验，以便及时的修正设计，提高终极电路的抗过电应力的能力。

③.浪涌，浪涌指的是电瞬变的过电应力的一种，虽均匀功率小，但瞬时功率很大，并且电浪涌的涌现时随机的，对电路中元件危害很大，以是在电路中，须要利用过流保护和过压保护器件，供应过压过流保护，防止电浪涌损伤元件。

④.器件的降额利用，在我们选取设计中，首先应考虑元件的降额利用，并考虑到干系器件的散热问题，同时在功能许可条件下，减少电路的输入和输出负荷，降落其事情频率以减少功耗。

⑤.所有器件及线路板禁止带电插拔，对利用职员进行静电知识有关培训与考察，建立完全的防静电掌握程序，从包装、运输等环节，肃清统统可能产生静电的事物，地板，测试仪器，PCB周转箱，库房等均为防静电设计，保持室内空气的一定湿度，防止静电在设备和身体上的大量累积，各种塑料和橡胶制品随意马虎产生静电，要避免利用，不能用尼龙的化纤制品，防止摩擦带电。

⑥.遵守利用规程，确保利用可靠性，如加电次序，不应带电操作等。

九 一样平常塑封器件分层预防方法

塑封料和芯片及基板的分层也是导致塑封器件，尤其是表面贴片元件失落效的常见缘故原由，详细方法如下：

①.先理解塑封器件的回流焊耐湿敏等级，可以从厂商处处于干系的技能指标，也可按照国际干系标准进行试验评定。

②.根据湿敏等级，对塑封器件存放的环境温湿度进行相应掌握，并在回流焊过程中选择适当的温变速率和温变范围，避免和掌握塑封器件可能发生的分层征象。

③.对存放韶光和温湿度环境超过敏感度等级标准的塑封集成电路，在回流焊工艺之前应进行适当的高温烘烤，以打消可能吸附湿气，防止或掌握回流焊过程中塑封料和芯片及基板之间有分层征象。

十.工艺质量的掌握方法

①.首先要选择合格的供应商，哀求供应商的生产工艺和产品的质量水平要达到一定的哀求，并哀求供应干系的工艺掌握与产品质量的统计数据。

②.对每种型号批次都应进行质量考验或者甄别，须要做一些干系的测试，常温性能测试，高温储存，温度循环，功率老化等。

③.对付每种型号批次应抽样进行毁坏性试验，通过简便的技能手段快速有效的创造批次性工艺毛病。

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