電子元器件失效分析及方法研究

曾小力

（福建火炬電子科技股份有限公司，福建 泉州 362000）

當(dāng)前是電子技術(shù)爆發(fā)的時(shí)代，電子技術(shù)已經(jīng)融入了各領(lǐng)域，同各領(lǐng)域協(xié)調(diào)發(fā)展起來(lái)，電子元器件是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于電子設(shè)備的正常使用有較大的影響，針對(duì)電子元器件進(jìn)行科學(xué)的失效分析能夠幫助我們探索電子設(shè)備發(fā)生故障的原因，提升電子設(shè)備維護(hù)與運(yùn)行的效果，電子元器件失效分析工作的主要任務(wù)就是從電子元器件的失效表現(xiàn)推斷失效原因，由于電子元器件失效通常存在多種可能原因，因此，失效分析工作必須建立科學(xué)的分析思路以及有序的分析程序，電子設(shè)備與器件檢修維護(hù)人員要根據(jù)各失效分析過(guò)程的表現(xiàn)對(duì)電子元器件發(fā)生失效問(wèn)題的原因以及機(jī)理進(jìn)行分析，并以此為指導(dǎo)提升電子元器件的運(yùn)行可靠性。

1 針對(duì)電子元器件失效原因及定位進(jìn)行分析的主要原則以及基本程序

1.1 針對(duì)電子元器件進(jìn)行失效分析操作的主要原則

針對(duì)電子元器件進(jìn)行失效分析的工作，主要是對(duì)電子元器件進(jìn)行非破壞性檢查分析，這一工作的目的就是為了找到元器件失效的原因，所以有一定的逐層化特點(diǎn)，而失效分析過(guò)程中獲取的電子元器件信息是對(duì)其進(jìn)行維修的關(guān)鍵，因此我們必須首先保證電子元器件的相應(yīng)失效分析方案科學(xué)合理，如果說(shuō)電子元器件的失效原因無(wú)法通過(guò)一些非破壞性檢驗(yàn)手段確定就需要采取必要措施對(duì)失效問(wèn)題進(jìn)行深入探究，由于對(duì)于電子設(shè)備整機(jī)來(lái)講，失效分析必須確保全面、科學(xué)，因此，應(yīng)盡量遵守如下原則：

第一，首先確定科學(xué)的方案，而后才能夠開(kāi)展失效分析操作，針對(duì)元器件進(jìn)行外檢之后才可以對(duì)其進(jìn)行通電檢驗(yàn)，否則檢驗(yàn)就會(huì)喪失科學(xué)性與系統(tǒng)性。

第二，要針對(duì)加電測(cè)試進(jìn)行電流控制，電流要先弱后強(qiáng)，電子元器件失效分析方案制定時(shí)要遵守從外到內(nèi)、從靜到動(dòng)的原則，逐步提升分析操作的動(dòng)態(tài)化特點(diǎn)。

第三，針對(duì)失效分析制定從宏觀到微觀的方案，首先對(duì)元器件的宏觀角度進(jìn)行分析，而后對(duì)其各結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性分析，同時(shí)還應(yīng)分清主次，對(duì)主要懷疑的部位進(jìn)行定點(diǎn)分析后再進(jìn)行次要結(jié)構(gòu)分析。如果實(shí)在無(wú)法通過(guò)非破壞性檢驗(yàn)的方式探測(cè)其失效原因，就要采取破壞性手段進(jìn)行深入探究，要盡量分析出其失效結(jié)構(gòu)以及原因，為不斷的電子元器件分析工作打好經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1.2 電子元器件失效分析工作推進(jìn)的主要程序

首先，要對(duì)電子設(shè)備中電子元器件發(fā)生失效問(wèn)題的情況進(jìn)行確認(rèn)，并且要對(duì)失效器件進(jìn)行拆卸以保存好失效樣品，在此過(guò)程中，要對(duì)失效元器件的外觀情況進(jìn)行觀察與記錄。其次，就是要對(duì)電子元器件做好電性分析，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能的問(wèn)題情況進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，并對(duì)內(nèi)部各結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行科學(xué)測(cè)試，還要根據(jù)具體情況進(jìn)行電路評(píng)價(jià)，而后就要對(duì)其進(jìn)行外部結(jié)構(gòu)開(kāi)封以及剝層處理。最后，要對(duì)電子元器件的失效點(diǎn)做好科學(xué)分析以及定位，要利用失效分析技術(shù)與方法對(duì)電子元器件發(fā)生失效問(wèn)題的主要機(jī)理進(jìn)行分析，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)電子元器件進(jìn)行修整。失效分析主要流程如圖1。

圖1 失效分析主要流程

2 針對(duì)電子元器件進(jìn)行失效分析的主要技術(shù)以及方法

2.1 對(duì)電子元器件進(jìn)行失效確認(rèn)

我們從多個(gè)角度進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)電子元器件發(fā)生失效問(wèn)題時(shí)，其主要表現(xiàn)有三類，其一是功能失效，其二是電參數(shù)失效，其三就是連接性質(zhì)失效，這三種失效問(wèn)題之間聯(lián)系較為緊密，進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，我們通常可以根據(jù)電子元器件的具體情況選擇施加合理的電應(yīng)力對(duì)電子元器件的問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，這樣既可以對(duì)其缺陷進(jìn)行探查，又能夠不破壞電子元器件的完整性。在失效分析過(guò)程中，按照質(zhì)量要求增加電應(yīng)力，可能引入新的失效模式導(dǎo)致電子元器件失效加劇。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，電子元器件功能測(cè)試復(fù)雜程度也逐漸加大，一般通過(guò)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ATE 進(jìn)行測(cè)試，以既定功能模擬應(yīng)用條件為依據(jù)科學(xué)編寫運(yùn)行程序，保證自動(dòng)測(cè)試的有效性，對(duì)功能測(cè)試結(jié)果展開(kāi)分析并得出失效結(jié)論。連接性測(cè)試是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要以待機(jī)電流和端口做測(cè)試，失效因素主要是由待機(jī)電流確定，并且這一測(cè)試能夠?yàn)楹罄m(xù)程序正常運(yùn)行提供可靠的支持。

2.2 樣品制備與保存

為保證電子元器件芯片表面與內(nèi)部分析得以實(shí)現(xiàn)，需要在把握電子元器件封裝材料特性基礎(chǔ)上，做好樣品制備與保存工作，從而為失效分析打下良好基礎(chǔ)。例如，利用去鈍化層技術(shù)，通過(guò)低導(dǎo)電性及芯片阻礙作用，滿足芯片樣品制備與保存需求。雖然去鈍化層對(duì)試驗(yàn)條件并不存在特殊化要求，但極易造成腐蝕，并且這種腐蝕在位置和范圍方面都具有不可控性，在實(shí)際操作過(guò)程中，極易造成內(nèi)引線和金屬層未鈍化部分遭到腐蝕而影響失效分析的準(zhǔn)確度。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，必須對(duì)腐蝕過(guò)程嚴(yán)格監(jiān)控，依據(jù)顏色變化分析腐蝕程度，并確定腐蝕速率。

2.3 電性分析

電性分析能夠?yàn)槿毕荻ㄎ惶峁┛煽恐С帧BIRCH 技術(shù)是一種常見(jiàn)的測(cè)試技術(shù)，具有主動(dòng)性特征，在激光束支持下對(duì)材料電阻率變化進(jìn)行感應(yīng)，從而完成缺陷定位工作。除此之外，液晶熱點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)在失效分析缺陷定位過(guò)程中也具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

3 在電子元器件分析工作中存在的挑戰(zhàn)以及未來(lái)發(fā)展需求

3.1 電子元器件失效分析技術(shù)的主要挑戰(zhàn)

（1）失效定位以及電測(cè)工作難度提升。失效定位其實(shí)就是對(duì)失效部位進(jìn)行技術(shù)化分析與確定，它是在電子元器件進(jìn)行全面失效分析的一個(gè)過(guò)程，其系統(tǒng)化要求較高，尤其是在當(dāng)前較為復(fù)雜的電子元器件的集成電路中對(duì)失效部位進(jìn)行確定，其復(fù)雜性以及操作難度可想而知，我們?cè)陂_(kāi)展失效分析時(shí)，必須對(duì)所測(cè)試元器件的集成電路情況進(jìn)行全面分析，并且要對(duì)集成電路當(dāng)中的存儲(chǔ)器以及各電路單元等主要模塊進(jìn)行技術(shù)鎖定，設(shè)置好失效定位的節(jié)點(diǎn)，而后通過(guò)技術(shù)手段對(duì)失效部位進(jìn)行確定，但是由于當(dāng)前電子元器件的電路情況越來(lái)越復(fù)雜，電路規(guī)模也越來(lái)越大，而電路線寬也在縮小，開(kāi)展失效定位以及進(jìn)行電測(cè)操作的難度自然會(huì)加大，同時(shí)對(duì)失效分析前的方案設(shè)置要求也在不斷提升。

（2）芯片基層技術(shù)加大了失效分析的難度。當(dāng)前，由于系統(tǒng)級(jí)芯片的廣泛應(yīng)用，電子元器件的電路情況特別復(fù)雜，并且發(fā)生互連的電路層數(shù)也不斷增多，高延遲情況下的電路分析工作難度自然也就有所提升，這樣電子元器件的主要故障就很難發(fā)現(xiàn)，其失效分析的精確度自然也就無(wú)法保證。

3.2 電子器件失效分析的未來(lái)發(fā)展

未來(lái)電子元器件生產(chǎn)技術(shù)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，電路與模塊的集成結(jié)構(gòu)會(huì)越來(lái)越多，因此要求在進(jìn)行失效分析前，分析與檢測(cè)人員必須對(duì)電子元器件的主要結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行綜合分析，并且要據(jù)此做好失效分析方案的設(shè)置。在分析中，要依照檢測(cè)原則逐步推進(jìn)，因此，我們必須根據(jù)當(dāng)前電子產(chǎn)品生產(chǎn)情況對(duì)電子檢測(cè)分析人員的技能水平進(jìn)行綜合培訓(xùn)，提升其專業(yè)技能水平以及綜合分析能力。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在電子元器件失效分析的過(guò)程中，失效定位以及原因分析存在一定的技術(shù)難度，因此，應(yīng)積極優(yōu)化電子元器件失效分析技術(shù)人員的技能水平，提升失效分析操作的程序化效果，為電子元器件正常運(yùn)行和可靠性提升創(chuàng)造條件。電子元器件失效分析工作的程序相對(duì)煩瑣、方法也較多，電子元器件運(yùn)行使用中應(yīng)積極就元器件的失效分析工作進(jìn)行科學(xué)的方案設(shè)置，同時(shí)要通過(guò)專業(yè)培訓(xùn)、老技術(shù)員傳幫帶等措施積極優(yōu)化電子設(shè)備維護(hù)與檢修隊(duì)伍人員的技能結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為電子設(shè)備維護(hù)和元器件檢修工作提供保障。