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）

當前是電子技術爆發的時代，電子技術已經融入了各領域，同各領域協調發展起來，電子元器件是否能夠正常運轉對于電子設備的正常使用有較大的影響，針對電子元器件進行科學的失效分析能夠幫助我們探索電子設備發生故障的原因，提升電子設備維護與運行的效果，電子元器件失效分析工作的主要任務就是從電子元器件的失效表現推斷失效原因，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的分析思路以及有序的分析程序，電子設備與器件檢修維護人員要根據各失效分析過程的表現對電子元器件發生失效問題的原因以及機理進行分析，并以此為指導提升電子元器件的運行可靠性。

1 針對電子元器件失效原因及定位進行分析的主要原則以及基本程序

1.1 針對電子元器件進行失效分析操作的主要原則

針對電子元器件進行失效分析的工作，主要是對電子元器件進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，而失效分析過程中獲取的電子元器件信息是對其進行維修的關鍵，因此我們必須首先保證電子元器件的相應失效分析方案科學合理，如果說電子元器件的失效原因無法通過一些非破壞性檢驗手段確定就需要采取必要措施對失效問題進行深入探究，由于對于電子設備整機來講，失效分析必須確保全面、科學，因此，應盡量遵守如下原則：

第一，首先確定科學的方案，而后才能夠開展失效分析操作，針對元器件進行外檢之后才可以對其進行通電檢驗，否則檢驗就會喪失科學性與系統性。

第二，要針對加電測試進行電流控制，電流要先弱后強，電子元器件失效分析方案制定時要遵守從外到內、從靜到動的原則，逐步提升分析操作的動態化特點。

第三，針對失效分析制定從宏觀到微觀的方案，首先對元器件的宏觀角度進行分析，而后對其各結構進行針對性分析，同時還應分清主次，對主要懷疑的部位進行定點分析后再進行次要結構分析。如果實在無法通過非破壞性檢驗的方式探測其失效原因，就要采取破壞性手段進行深入探究，要盡量分析出其失效結構以及原因，為不斷的電子元器件分析工作打好經驗基礎。

1.2 電子元器件失效分析工作推進的主要程序

首先，要對電子設備中電子元器件發生失效問題的情況進行確認，并且要對失效器件進行拆卸以保存好失效樣品，在此過程中，要對失效元器件的外觀情況進行觀察與記錄。其次，就是要對電子元器件做好電性分析，對其內部結構可能的問題情況進行經驗判斷，并對內部各結構的可靠性進行科學測試，還要根據具體情況進行電路評價，而后就要對其進行外部結構開封以及剝層處理。最后，要對電子元器件的失效點做好科學分析以及定位，要利用失效分析技術與方法對電子元器件發生失效問題的主要機理進行分析，并根據測試結果對電子元器件進行修整。失效分析主要流程如圖1。

圖1 失效分析主要流程

2 針對電子元器件進行失效分析的主要技術以及方法

2.1 對電子元器件進行失效確認

我們從多個角度進行分析可以發現電子元器件發生失效問題時，其主要表現有三類，其一是功能失效，其二是電參數失效，其三就是連接性質失效，這三種失效問題之間聯系較為緊密，進行無損檢測時，我們通?？梢愿鶕娮釉骷木唧w情況選擇施加合理的電應力對電子元器件的問題進行檢測，這樣既可以對其缺陷進行探查，又能夠不破壞電子元器件的完整性。在失效分析過程中，按照質量要求增加電應力，可能引入新的失效模式導致電子元器件失效加劇。隨著科學技術水平的不斷提升，電子元器件功能測試復雜程度也逐漸加大，一般通過自動測試設備ATE 進行測試，以既定功能模擬應用條件為依據科學編寫運行程序，保證自動測試的有效性，對功能測試結果展開分析并得出失效結論。連接性測試是一項復雜的工作，需要以待機電流和端口做測試，失效因素主要是由待機電流確定，并且這一測試能夠為后續程序正常運行提供可靠的支持。

2.2 樣品制備與保存

為保證電子元器件芯片表面與內部分析得以實現，需要在把握電子元器件封裝材料特性基礎上，做好樣品制備與保存工作，從而為失效分析打下良好基礎。例如，利用去鈍化層技術，通過低導電性及芯片阻礙作用，滿足芯片樣品制備與保存需求。雖然去鈍化層對試驗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，在實際操作過程中，極易造成內引線和金屬層未鈍化部分遭到腐蝕而影響失效分析的準確度。因此，在實際操作過程中，必須對腐蝕過程嚴格監控，依據顏色變化分析腐蝕程度，并確定腐蝕速率。

2.3 電性分析

電性分析能夠為缺陷定位提供可靠支持。OBIRCH 技術是一種常見的測試技術，具有主動性特征，在激光束支持下對材料電阻率變化進行感應，從而完成缺陷定位工作。除此之外，液晶熱點檢測技術在失效分析缺陷定位過程中也具有良好的應用價值。

3 在電子元器件分析工作中存在的挑戰以及未來發展需求

3.1 電子元器件失效分析技術的主要挑戰

（1）失效定位以及電測工作難度提升。失效定位其實就是對失效部位進行技術化分析與確定，它是在電子元器件進行全面失效分析的一個過程，其系統化要求較高，尤其是在當前較為復雜的電子元器件的集成電路中對失效部位進行確定，其復雜性以及操作難度可想而知，我們在開展失效分析時，必須對所測試元器件的集成電路情況進行全面分析，并且要對集成電路當中的存儲器以及各電路單元等主要模塊進行技術鎖定，設置好失效定位的節點，而后通過技術手段對失效部位進行確定，但是由于當前電子元器件的電路情況越來越復雜，電路規模也越來越大，而電路線寬也在縮小，開展失效定位以及進行電測操作的難度自然會加大，同時對失效分析前的方案設置要求也在不斷提升。

（2）芯片基層技術加大了失效分析的難度。當前，由于系統級芯片的廣泛應用，電子元器件的電路情況特別復雜，并且發生互連的電路層數也不斷增多，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現，其失效分析的精確度自然也就無法保證。

3.2 電子器件失效分析的未來發展

未來電子元器件生產技術會越來越復雜，電路與模塊的集成結構會越來越多，因此要求在進行失效分析前，分析與檢測人員必須對電子元器件的主要結構情況進行綜合分析，并且要據此做好失效分析方案的設置。在分析中，要依照檢測原則逐步推進，因此，我們必須根據當前電子產品生產情況對電子檢測分析人員的技能水平進行綜合培訓，提升其專業技能水平以及綜合分析能力。

4 結語

總之，在電子元器件失效分析的過程中，失效定位以及原因分析存在一定的技術難度，因此，應積極優化電子元器件失效分析技術人員的技能水平，提升失效分析操作的程序化效果，為電子元器件正常運行和可靠性提升創造條件。電子元器件失效分析工作的程序相對煩瑣、方法也較多，電子元器件運行使用中應積極就元器件的失效分析工作進行科學的方案設置，同時要通過專業培訓、老技術員傳幫帶等措施積極優化電子設備維護與檢修隊伍人員的技能結構，進而為電子設備維護和元器件檢修工作提供保障。