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      元器件失效分析方法

      2019.01.23

      器件一旦壞了,千萬不要敬而遠之,而應該如獲至寶。

      開車的人都知道,哪里最能練出駕駛水平?高速公路不行,只有鬧市和不良路況才能提高水平。社會的發展就是一個發現問題解決問題的過程,出現問題不可怕,但頻繁出現同一類問題是非常可怕的。 

      失效分析基本概念

      定義:對失效電子元器件進行診斷過程。

      1、進行失效分析往往需要進行電測量并采用先進的物理、冶金及化學的分析手段。

      2、失效分析的目的是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的重復出現。

      3、失效模式是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。

      4、失效機理是指失效的物理化學過程,如疲勞、腐蝕和過應力等。

      失效分析的一般程序

      1、收集現場場數據

      2、電測并確定失效模式

      3、非破壞檢查

      4、打開封裝

      5、鏡驗

      6、通電并進行失效定位

      7、對失效部位進行物理、化學分析,確定失效機理。

      8、綜合分析,確定失效原因,提出糾正措施。

      1、收集現場數據:

      應力類型

      試驗方法

      可能出現的主要失效模式

      電應力

      靜電、過電、噪聲

      MOS器件的柵擊穿、雙極型器件的pn結擊穿、功率晶體管的二次擊穿、CMOS電路的閂鎖效應

      熱應力

      高溫儲存

      金屬-半導體接觸的Al-Si互溶,歐姆接觸退化,pn結漏電、Au-Al鍵合失效

      低溫應力

      低溫儲存

      芯片斷裂

      低溫電應力

      低溫工作

      熱載流子注入

      高低溫應力

      高低溫循環

      芯片斷裂、芯片粘接失效

      熱電應力

      高溫工作

      金屬電遷移、歐姆接觸退化

      機械應力

      振動、沖擊、加速度

      芯片斷裂、引線斷裂

      輻射應力

      X射線輻射、中子輻射

      電參數變化、軟錯誤、CMOS電路的閂鎖效應

      氣候應力

      高濕、鹽霧

      外引線腐蝕、金屬化腐蝕、電參數漂移

      2、電測并確定失效模式

      電測失效可分為連接性失效、電參數失效和功能失效。

      連接性失效包括開路、短路以及電阻值變化。這類失效容易測試,現場失效多數由靜電放電(ESD)和過電應力(EOS)引起。

      電參數失效,需進行較復雜的測量,主要表現形式有參數值超出規定范圍(超差)和參數不穩定。

      確認功能失效,需對元器件輸入一個已知的激勵信號,測量輸出結果。如測得輸出狀態與預計狀態相同,則元器件功能正常,否則為失效,功能測試主要用于集成電路。

      三種失效有一定的相關性,即一種失效可能引起其它種類的失效。功能失效和電參數失效的根源時常可歸結于連接性失效。在缺乏復雜功能測試設備和測試程序的情況下,有可能用簡單的連接性測試和參數測試方法進行電測,結合物理失效分析技術的應用仍然可獲得令人滿意的失效分析結果。

      3、非破壞檢查

      名稱

      應用優勢

      主要原理

      X射線透視技術

      以低密度區為背景,觀察材料的高密度區的密度異常點

      透視X光的被樣品局部吸收后成象的異常

      反射式掃描聲學顯微術(C-SAM)

      以高密度區為背景,觀察材料內部空隙或低密度區

      超聲波遇空隙受阻反射


      4、打開封裝

      開封方法有機械方法和化學方法兩種,按封裝材料來分類,微電子器件的封裝種類包括玻璃封裝(二極管)、金屬殼封裝、陶瓷封裝、塑料封裝等。?

      機械開封

      ?化學開封

      5、顯微形貌像技術

      光學顯微鏡分析技術

      掃描電子顯微鏡的二次電子像技術

      電壓效應的失效定位技術

      6、半導體主要失效機理分析

      電應力(EOD)損傷

      靜電放電(ESD)損傷

      封裝失效

      引線鍵合失效

      芯片粘接不良

      金屬半導體接觸退化

      鈉離子沾污失效

      氧化層針孔失效


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