電子元器件作為電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)及核心部件，它的失效及潛在缺陷都會(huì)對(duì)裝備的可靠性產(chǎn)生重要影響。但我們可以通過(guò)電子器件失效分析，來(lái)確定失效模式和失效原因。從而可以采取措施來(lái)預(yù)防問(wèn)題出現(xiàn)。失效分析可以說(shuō)，對(duì)于查明元器件失效原因并向設(shè)計(jì)者反饋信息是必須的?，F(xiàn)今社會(huì)制造水平越來(lái)越高，元器件的可靠性也越來(lái)越受重視，設(shè)備研制單位和器件生產(chǎn)廠家對(duì)失效分析的需求也越來(lái)越迫切。
一、失效分析的基本內(nèi)容
電子元器件失效分析的目的是借助各種測(cè)試分析技術(shù)和分析程序認(rèn)定器件的失效現(xiàn)象，判斷其失效模式和機(jī)理，從而確定失效原因，對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)提出建議。在生產(chǎn)過(guò)程中改進(jìn)生產(chǎn)工藝，器件使用者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)電路設(shè)計(jì)，并對(duì)整機(jī)提出相應(yīng)測(cè)試要求、完成測(cè)試。因此，失效分析對(duì)元器件的研制速度、整機(jī)的可靠性有著重要意義。
二、失效的分類
在實(shí)際使用中，可以根據(jù)需要對(duì)失效做適當(dāng)分類。
按模式分為：開(kāi)路、短路、無(wú)功能、特性退化、重測(cè)合格；
按原因分為：誤用失效、本質(zhì)失效、早起失效、偶然失效、耗損失效、自然失效；
按程度分為：完全失效、局部失效；
按時(shí)間分為：突然失效、漸變失效、退化失效；
按外部表現(xiàn)分為：明顯失效、隱蔽失效等。
三、失效的機(jī)理
由于電子器件的失效主要來(lái)自于產(chǎn)品制造、實(shí)驗(yàn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用等一系列過(guò)程中發(fā)生的情況，與材料、設(shè)計(jì)、制造、使用密切相關(guān)。且電子元器件種類繁多，故失效機(jī)理也很多，失效機(jī)理是器件失效的實(shí)質(zhì)原因，在此說(shuō)明器件是如何失效，相當(dāng)于器件失效的物理和化學(xué)過(guò)程，從而表現(xiàn)出來(lái)性能、性質(zhì)（如腐蝕、疲勞、過(guò)應(yīng)力等）。
元器件主要失效機(jī)理有：
過(guò)應(yīng)力（ EOS ）：指元器件承受的電流、電壓應(yīng)力或功率超過(guò)了其允許的最大范圍。
靜電損傷（ ESD ）：指電子器件在加工生產(chǎn)、組裝、貯存、運(yùn)輸中與可能帶靜電的容器、測(cè)試及操作人員接觸，所帶經(jīng)典經(jīng)過(guò)器件引腳放電到地面，使器件收到損傷或失效。
閂鎖效應(yīng)（ Latch-Up ） :電路中由于寄生 PNPN 晶體管存在而呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，這種低阻狀態(tài)在觸發(fā)條件去除或者終止后任然會(huì)存在。
電遷移（ EM ） :當(dāng)器件工作時(shí)，金屬互聯(lián)線內(nèi)有一定電流通過(guò)，金屬離子會(huì)沿著導(dǎo)體產(chǎn)生質(zhì)量的運(yùn)輸，其結(jié)果會(huì)使導(dǎo)體的某些部位出現(xiàn)空洞或晶須。
熱載流子效應(yīng)（ HC ） :熱載流子是指能量比費(fèi)米能級(jí)大幾個(gè) KT 以上的載流子。這些載流子與晶格不處于熱平衡狀態(tài)，當(dāng)其能量達(dá)到或者超過(guò) SI-SIO2 界面勢(shì)壘時(shí)（對(duì)電子注入為 3.2eV, 對(duì)空穴注入為 4.5eV ）便會(huì)注入到氧化層中，產(chǎn)生界面態(tài)，氧化層陷阱或被陷阱所俘獲，是氧化層電荷增加或波動(dòng)不穩(wěn)，這就是熱載流子效應(yīng)。
柵氧擊穿：在 MOS 器件及其電路中，柵氧化層缺陷會(huì)導(dǎo)致柵氧漏電，漏電增加到一定程度即構(gòu)成擊穿。
與時(shí)間有關(guān)的介質(zhì)擊穿（ TDDB ）：施加的電場(chǎng)低于柵氧的本證擊穿強(qiáng)度，但經(jīng)歷一定的時(shí)間后仍然會(huì)擊穿，這是由于施加應(yīng)力過(guò)程中，氧化層內(nèi)產(chǎn)生并聚集了缺陷的原因。
由于金 - 呂之間的化學(xué)勢(shì)不同，經(jīng)長(zhǎng)期使用或 200 度以上的高溫存儲(chǔ)后，會(huì)產(chǎn)生多種金屬間化合物，如紫斑、白斑等。使鋁層變薄、接觸電阻增加，最后導(dǎo)致開(kāi)路。 300 度高溫下還會(huì)產(chǎn)生空洞，即可肯德?tīng)栃?yīng)，這種效應(yīng)是高溫下金向鋁迅速擴(kuò)散并形成化合物，在鍵合點(diǎn)四周出現(xiàn)環(huán)形空間，是鋁膜部分或全部脫離，形成高祖或開(kāi)路。
爆米花效應(yīng)： 塑封元器件塑封料內(nèi)的水汽在高溫下受熱膨脹，使塑封料與金屬框架和芯片間發(fā)生分層反映，拉斷鍵合絲，從而發(fā)生開(kāi)路失效。
四、失效模式
失效的模式指外在的表現(xiàn)形式和過(guò)程規(guī)律，通常指測(cè)試或觀察到的失效現(xiàn)象、失效形式，如開(kāi)路、短路、參數(shù)漂移、功能失效等。產(chǎn)品的失效依據(jù)其是否具有損傷的時(shí)間累積效應(yīng)而被分為過(guò)應(yīng)力失效和損耗性失效，所以與時(shí)間相關(guān)的失效模型定量地描述了產(chǎn)品隨時(shí)間的損傷積累狀況，在宏觀上表現(xiàn)為性能或是參數(shù)隨時(shí)間的退化。
五、失效分析技術(shù)
失效分析技術(shù)是失效分析使用的手段和方法，主要包括六大方面：失效定位技術(shù)、樣品制備技術(shù)；顯微分析技術(shù)；應(yīng)力驗(yàn)證技術(shù)；電子分析技術(shù)；成分分析技術(shù)。
失效定位技術(shù)：失效定位技術(shù)的主要目的是確定檢測(cè)目標(biāo)的失效部位，隨著現(xiàn)代集成電路及電子器件的復(fù)雜化，失效定位技術(shù)就顯得尤為重要。失效定位技術(shù)有多種方法，其中無(wú)需開(kāi)封即可進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè)有 X-RAY,SAM 等。 X-RAY 可用于觀察元器件及多層印刷電路板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)引線的是否開(kāi)路或短路，粘接缺陷，焊點(diǎn)缺陷，封裝裂紋，空洞、橋連、立碑及器件漏裝等缺陷。
這也是人工焊接操作時(shí)容易反生的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)這幾年在線上的學(xué)習(xí)和工作，對(duì)此類缺陷了如于心，這也從根本上排除了由于人工操作引起的失效。 SAM 則可觀察到內(nèi)部裂紋，分層缺陷，空洞，氣泡，空隙等，若 X-RAY ， SAM 不能檢測(cè)到失效部位，則需要對(duì)元器件進(jìn)行開(kāi)封，而后用其他方法定位。例如顯微檢查。
樣品制備技術(shù)：未解決大部分失效分析，都需要采用解剖分析技術(shù)，即對(duì)樣品的剖層分析，陰氣不對(duì)觀察和測(cè)試部分存在破壞。樣品的制備步驟一般包括：開(kāi)發(fā)封裝、去鈍化層，對(duì)于多層結(jié)構(gòu)芯片來(lái)說(shuō)，還要去除層間介質(zhì)。打開(kāi)封裝可以使用機(jī)械和化學(xué)兩種方法，去鈍化層可使用化學(xué)腐蝕或等離子腐蝕。
顯微分析技術(shù)：失效原因的分析，失效機(jī)理的確定及前文提到的失效定位都要用到現(xiàn)為分析技術(shù)?，F(xiàn)為分析技術(shù)一般采用各種顯微鏡，且它們個(gè)具有優(yōu)缺點(diǎn)，如景深大成像立體感強(qiáng)的體式顯微鏡；平面成像效果好的金相顯微鏡；放大倍數(shù)高的 SEM ；制樣要求高可觀察到晶格結(jié)構(gòu)的 TEM ；成像精度不高但操作方便的紅外顯微鏡；成像精度較高的光輻射顯微鏡等，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備和方法的選擇。
應(yīng)力驗(yàn)證技術(shù)：電子器件在不同環(huán)境中可靠性存在差異，如不同溫度、濕度下產(chǎn)生的應(yīng)力，不通電流、電壓下產(chǎn)生的電應(yīng)力等，都會(huì)導(dǎo)致電子元器件性能的變化，或失效。因此，可以模擬各種環(huán)境參數(shù)，來(lái)驗(yàn)證元器件各種應(yīng)力下的可靠性。
電子分析技術(shù)：利用電子進(jìn)行失效分析的方法很多，如 EBT,EPMA,SEM,TEM,AES 等。
成分分析技術(shù)：需要確定元器件中某一部分的成分即需要用到成分分析技術(shù)，以判斷是否存在污染，或組份是否正確，而影響了元器件的性能。常用設(shè)備有 EDS,EDAX,AES,SIMS 等。
中科檢測(cè)是具備CMA、CNAS資質(zhì)認(rèn)證的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，累計(jì)數(shù)十年檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和資源團(tuán)隊(duì)，能對(duì)元器件失效原因進(jìn)行檢測(cè)分析，并根據(jù)失效分析和根因?yàn)楫a(chǎn)品物料優(yōu)選、設(shè)計(jì)改進(jìn)和失效預(yù)防提供技術(shù)解決方案。
