常用的电子元器件失效机理与故障分析

常用的电子元器件失效机理与故障分析

电子元器件在使用过程中，常常会出现失效和故障，从而影响设备的正常工作。文本分析了常见元器件的失效原因和常见故障。

电子设备中绝大部分故障最终都是由于电子元器件故障引起的。如果熟悉了元器件的故障类型，有时通过直觉就可迅速的找出故障元件，有时只要通过简单的电阻、电压测量即可找出故障。

1 电阻器类

电阻器类元件包括电阻元件和可变电阻元件，固定电阻通常称为电阻，可变电阻通常称为电位器。电阻器类元件在电子设备中使用的数量很大，并且是一种消耗功率的元件，由电阻器失效导致电子设备故障的比率比较高，据统计约占15% 。电阻器的失效模式和原因与产品的结构、工艺特点、使用条件等有密切关系。电阻器失效可分为两大类，即致命失效和参数漂移失效。现场使用统计表明，电阻器失效的85%~90% 属于致命失效，如断路、机械损伤、接触损坏、短路、绝缘、击穿等，只有1 0 % 左右的是由阻值漂移导致失效。电阻器电位器失效机理视类型不同而不同。非线形电阻器和电位器主要失效模式为开路、阻值漂移、引线机械损伤和接触损坏；线绕电阻器和电位器主要失效模式为开路、引线机械损伤和接触损坏。主要有以下四类：

（1 ）碳膜电阻器。引线断裂、基体缺陷、膜层均匀性差、膜层刻槽缺陷、膜材料与引线端接触不良、膜与基体污染等。

（ 2 ）金属膜电阻器。电阻膜不均匀、电阻膜破裂、引线不牢、电阻膜分解、银迁移、电阻膜氧化物还原、静电荷作用、引线断裂、电晕放电等。

（3 ）线绕电阻器。接触不良、电流腐蚀、引线不牢、线材绝缘不好、焊点熔解等。

（4 ）可变电阻器。接触不良、焊接不良、接触簧片破裂或引线脱落、杂质污染、环氧胶不好、轴倾斜等。

电阻容易产生变质和开路故障。电阻变质后往往是阻值变大的漂移。电阻一般不进行修理，

典型电子元器件失效分析方法

典型电子元器件失效分析方法 纵观当今电子信息技术发展状况，自进入二十世纪后期以来发展尤为猛烈，而电子元器件作为发展电子信息技术的基础，一直扮演着十分重要的角色。于是，了解电子元器件失效分析是人们一直关心的问题，那么这次华强北IC代购网就为大家简要的介绍几种典型电子元器件失效分析方法。 1、微分析法 (1)肉眼观察是微分析技术的第一步，对电子元器件进行形貌观察、线系及其定位失准等，必要时还可以借助仪器，例如：扫描电镜和透射电子显微镜等进行观察； (2)其次，我们需要了解电子元器件制作所用的材料、成分的深度分布等信息。而AES、SIMS和XPS仪器都能帮助我们更好的了解以上信息。不过，在作AES测试时，电子束的焦斑要小，才能得到更高的横向分辨率； (3)最后，了解电子元器件衬底的晶体取向，探测薄膜是单晶还是多晶等对其结构进行分析是一个很重要的方面，这些信息主要由XRD结构探测仪来获取。 2、光学显微镜分析法 进行光辐射显微分析技术的仪器主要有立体显微镜和金相显微镜。将其两者的技术特点结合使用，便可观测到器件的外观、以及失效部位的表面形状、结构、组织、尺寸等。亦可用来检测芯片击穿和烧毁的现象。此外我们还可以借助具有可提供明场、暗场、微干涉相衬和偏振等观察手段的显微镜辅助装置，以适应各种电子元器件失效分析的需要。 3、红外显微分析法

与金相显微镜的结构相似，不同的是红外显微镜是利用近红外光源，并采用红外变像管成像，利用此工作原理不用对芯片进行剖切也能观察到芯片内部的缺陷及焊接情况。 红外显微分析法是针对微小面积的电子元器件，在对不影响器件电学特性和工作情况下，利用红外显微技术进行高精度非接触测温方法，对电子元器件失效分析都具有重要的意义。 4、声学显微镜分析法 电子元器件主要是由金属、陶瓷和塑料等材料制成的，因此声学显微镜分析法就是基于超声波可在以上这些均质传播的特点，进行电子元器件失效分析。此外，声学显微镜分析法最大的特点就是，能观察到光学显微镜无法看到的电子元器件内部情况并且能提供高衬度的检测图像。 以上是几种比较常见的典型电子元器件失效分析方法，电子元器件失效一直都是历久弥新的话题，而对电子元器件失效分析是确定其失效模式和失效机理的有效途径之一，对电子元器件的发展具有重要的意义。

电子元器件失效性分析

电子元器件失效性分析与应用 赵春平公安部第一研究所 摘要： 警用装备作为国内特种装备制造业之一，其可靠性、精确性要求非一般企业及产品所能满足，因其关系到现场使用者及人民的生命财产安全，故设备选材更是严之又严。电子元器件作为警用电子系统的基础及核心部件，它的失效及潜在缺陷都将对装备的可靠性产生重要影响；电子器件失效分析的目的是通过确定失效模式和失效机理，提出对策、采取措施，防止问题出现，失效分析对于查明元器件的失效原因并及时向设计者反馈信息是必须的。随着警用装备制造水平的不断进步，元器件的可靠性问题越来越受到重视，设备研制单位和器件生产厂家对失效分析技术及工程实践经验的需求也越来越迫切。 关键词：警用装备、可靠性、失效模式、失效机理。 一、失效分析的基本内容，定义和意义 1．1失效分析的基本内容 电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序认定器件的失效现象，判断其失效模式和机理，从而确定失效原因，对后续设计提出建议，在生产过程中改进生产工艺，器件使用者在系统设计时改进电路设计，并对整机提出相应测试要求、完成测试。因此，失效分析对元器件的研制速度、整机的可靠性有着重要意义。 1.2失效的分类 在实际使用中，可以根据需要对失效做适当分类：按模式分为：开路、短路、无功能、特性退化、重测合格；按原因分为：误用失效、本质失效、早起失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按程度分为：完全失效、局部失效、按时间分为：突然失效、渐变失效、退化失效；按外部表现分为：明显失效、隐蔽失效等。 二、失效的机理、模式 2.1失效的机理 由于电子器件的失效主要来自于产品制造、实验、运输、存储、使用等一系列过程中发生的情况，与材料、设计、制造、使用密切相关。且电子元器件种类繁多，故失效机理也很多，失效机理是器件失效的实质原因，在此说明器件是如何失效，相当于器件失效的物理和化学过程，从而表现出来性能、性质（如腐蚀、疲劳、过应力等）。元器件主要失效机 理有： 2.1.1过应力（EOS）： 指元器件承受的电流、电压应力或功率超过了其允许的最大范围。 2.1.2静电损伤（ESD） 指电子器件在加工生产、组装、贮存、运输中与可能带静电的容器、测试及操作人员接触，所带经典经过器件引脚放电到地面，使器件收到损伤或失效。

电子元器件失效模式总结

元器件的失效模式总结 Beverly Chen 2016-2-4 一、失效分析的意义 失效分析（Failure Analysis）的意义在于通过对已失效器件进行事后检查，确定失效模式，找出失效机理，确定失效的原因或相互关系，在产品设计或生产工艺等方面进行纠正以消除失效的再次发生。 一般的失效原因如下： 二、失效分析的步骤 失效分析的步骤要遵循先无损，后有损的方法来一步步验证。比如先进行外观检查，再进行相关仪器的内部探查，然后再进行电气测试，最后才可以进行破坏性拆解分析。这样可以避免破坏性的拆解破坏证据。拿到失效样品，首先从外观检查开始。 1. 外观检查：收到失效样品后，首先拍照，记录器件表面Marking信息，观察器件颜色外观等有何异常。 2.根据器件类型开始分析：

2.1贴片电阻，电流采样电阻 A: 外观检查，顶面覆盖保护层有针状圆形鼓起或黑色击穿孔->内部电阻层烧坏可能->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁可能->可能原因：过电压或过电流烧毁—>检查改电阻的稳态功率/电压或者瞬时功率/电压是否已超出spec要求。 Coating 鼓起并开裂黑色击穿点 ●可失效样品寄给供应商做开盖分析，查看供应商失效报告：如发现烧毁位置位于激光切 割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑调整应用电路，降低电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 激光切割线 去除coating保护层后，可以看到烧毁位置位于激光切割线旁边，该位置电应力最集中。 B: 外观检查，顶面底面均无异常->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁或者电极因硫化断开或阻抗增大->检查改电阻的稳态功率或者瞬时功率是否已超出spec要求，如有可能是过电压或过功率烧毁；应力分析在范围内，考虑硫化->失效样品寄给供应商分析。查看供应商失效报告： ●如发现烧毁位置位于激光切割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑降低应用电 路中的电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 ●如果测试发现保护层附近电极硫元素含量高且电极沿保护层边缘发生断裂情况，可确认 是应用中硫化物污染导致银电极被硫化生成AgS而断开需确认应用环境是否硫含量比较高。如果有必要，更换为抗硫化电阻。

片式电阻的主要失效机理与失效模式

片式电阻的主要失效机理与失效模式 1．什么是片式电阻，片式电阻的概念。 片式电阻器又称为片式电阻，也叫表面贴装电阻，它与它片式元器件（SMC 及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。片式电阻在电路内的主要作用是降低电压，分担一部分电压即分压，限流保护电路，分流等，也可以用做时间电路元件和传感器等。 2.片式电阻的特性及分类。 表面组装的电阻器是表面组装元气件的组成之一，它属于无源元件，其作用主要供厚膜、薄膜电路作外贴元件用。它一般按两种方式进行分类。按特性与材料分类分为：厚膜电阻、薄膜电阻。按外形结构分类分为：矩形片式电阻、圆柱片式电阻、异形电阻。矩形片式电阻的结构如下图（a）： （a）矩形片式电阻结构示意图 2.1矩形片式电阻结构介绍： 矩形片式电阻由基板、电阻膜、保护膜、电极四大部分组成。 基板：基板材料一般使用96％的Al2O3（三氧化二铝）陶瓷。基本应具体有

良好的电绝缘性，在高温下具有良好的导热性、电性能和一定强度的机械性能。电阻膜：电阻膜是用具有一定电阻率的电阻浆料印刷在陶瓷基本上的，在经过烧结而形成厚膜电阻。电阻浆料一般用RuO2（二氧化钉）。近年来开始使用贱金属系的电阻浆料，比如氧化系（TaN-Ta）、碳化系(WC-W)和Cu系材料，目的是降低成本。 保护膜：将保护膜覆盖在电阻膜上，保护膜的主要作用是保护电阻。它一方面起机械保护作用，另一方面使电阻体表面具有绝缘性，避免电阻与邻近导体接触而产生故障。保护膜一般是低熔点的玻璃浆料，进过印刷烧结而成。 电极：电极是为了保证电阻器具有良好的可焊性和可靠性，一般采用三层电极结构：内层电极、中间电极、外层电极。内层电极作用：连接电阻体的内部电极。中间电极是镀镍层，其阻挡作用，提高电阻散热，缓冲焊接的热冲击。外层电极是锡铅层，主要作用是使电极具有可焊性。 3片式电阻常见的失效模式与失效机理。 图（1）线绕电阻失效总比例图（2）非线绕电阻失效总比例 片式电阻的主要失效模式与失效机理为： 1) 开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体受力发生断裂，引线帽与电阻体发生脱落。

常见的电子元器件失效机理与分析

常见的电子元器件失效机理与分析 电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。 硬件工程师调试爆炸现场 所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。 电阻器失效 失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 电阻器的失效模式与机理 ?开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。 ?阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。?引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。 ?短路：银的迁移，电晕放电。 失效模式占失效总比例表 ?线绕电阻： ?非线绕电阻：

失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 ?导电材料的结构变化： 薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃，寿命缩短一

光电子元器件的失效模式和失效机理

光电子元器件的失效模式和失效机理 朱炜容 1.1 光电子器件的分类 在光电子技术中，光电子元器件包括光源器件以及光探测器件。其中光源器件主要有发光二极管和激光器。光探测器件主要是光电二极管。作为电气元件，光纤和光缆也是光电子技术中不可缺少的组成元件。 1.2 激光器的失效模式及失效机理 随着工作时间的增加，半导体激光器的工作性能将会劣化，发射功率和效率下降，有时还会发生突然失效的灾变性损坏。造成半导体激光器退化的原因除了其本身的因素外，还有使用温度、工作条件等环境因素。 一、暗线缺陷 暗线缺陷是激光器工作时形成的缺陷网络，这些缺陷最终会导致发射功率的下降。暗线缺陷的形成除了材料、工艺过程中会引入外，其形成过程与温度有很大的关系，它所引起的退化速率强烈地依赖于温度。 二、腔面损伤退化 腔面的损伤退化一般有灾变性退化和化学腐蚀损伤退化。 在高功率密度激光的作用下，由于局部过热、氧化、腐蚀、介质膜的针孔和杂质等因素使腔面遭受损伤，从而使局部电流密度增加，局部大量发热，在热电正反馈的作用下，最终腔面局部熔融，导致灾难性的损伤，器件完全失效。 腔面的化学腐蚀是由于光化学作用使腔面表面发生氧化，并形成局部缺陷，导致腔面局部发热，使激光器性能退化甚至失效。 三、电极退化 高功率半导体激光器的欧姆接触退化和热阻退化与其他电子器件的电极退化相似。电极金属和半导体材料间存在互扩散，在烧结的部位，孔洞和晶须的生长现象是常见的退化模式。另外，热应力导致的电极损伤也很常见。由于电极远离器件的有源区，电极退化对器件特性的影响一般在老化或工作一定时间后再表现出来。

半导体激光器的工作性能对温度非常敏感，温度升高将加速暗线缺陷的生长，腔面氧化等失效机理，严重影响激光器的寿命。激光器的转换效率不高，自身的功耗很大，因此降低热阻是提高激光器寿命和可靠性的主要方法之一。芯片电极烧结质量的好坏不但影响了热阻的大小，而且还关系到电极的电阻，因为激光器在正常工作时，其一般工作电流为几十甚至上百安培，即使是很小的电极电阻，也将产生很大的热功耗，减小电极电阻可以减小激光器本身的热功耗。此外，烧结工艺控制不好会造成焊料沾污腔面、焊料导致pn结短路以及烧结应力导致芯片损伤等。因此电极的烧结质量与半导体激光器的性能、稳定性和可靠性紧密相关。 1.3 光电二极管的失效模式和失效机理 光电二极管的失效模式主要有：结构损伤、光纤断裂、开路、短路、性能参数退化（暗电流上升、响应度降低、击穿电压降低等）和IV特性变化等。 引起这些失效的主要原因如下： 1、结构损伤 整个光电二极管结构由于外力导致构成器件的各有机组成部分产生大的机械变形、位移，严重影响到器件的使用性能或致使器件失去规定的功能。这些外形结构的损伤失效容易通过目检并结合使用环境来判定。 1）机械应力如震动、冲击、碰撞、压力，可能会导致二极管的结构变形毁坏，外引线脱（断）落，光窗破裂，光纤塑套皱缩，纤芯断裂等失效。 2）热应力容易导致器件不同性质的材料之间因热膨胀系数的差异而位移、形变，从而导致结构（绝缘子、光窗、封边等）漏气、光纤位移甚至脱落。 3）高湿环境中器件金属表面容易受到电化学腐蚀，导致光窗脱落、封边漏气、外引出端及其与管脚间的绝缘电阻降低。 2、光纤断裂 1）各方向的应力超过了光纤承受的限度。 2）与金属或陶瓷插针粘接的光纤纤芯因机械或热应力作用导致光纤在插针结合部位断裂或损伤。

电子元器件失效分析

电子元器件失效分析 1.失效分析的目的和意义 电子元件失效分折的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象.分辨其失效模式和失效机理.确定其最终的失效原因，提出改进设计和制造工艺的建议。防止失效的重复出现，提高元器件可靠性。失效分折是产品可靠性工程的一个重要组成部分，失效分析广泛应用于确定研制生产过程中产生问题的原因，鉴别测试过程中与可靠性相关的失效，确认使用过程中的现场失效机理。 在电子元器件的研制阶段。失效分折可纠正设计和研制中的错误，缩短研制周期；在电子器件的生产，测试和试用阶段，失效分析可找出电子元器件的失效原因和引起电子元件失效的责任方。根据失效分析结果。元器件生产厂改进器件的设计和生产工艺。元器件使用方改进电路板设汁。改进元器件和整机的测试，试验条件及程序，甚至以此更换不合格的元器件供货商。因而，失效分析对加快电子元器件的研制速度.提高器件和整机的成品率和可靠性有重要意义。 失效分折对元器件的生产和使用都有重要的意义.如图所列。 元器件的失效可能发生在其生命周期的各个阶段.发生在产品研制阶段，生产阶段到使用阶段的各个环节，通过分析工艺废次品，早期失效，实验失效及现场失效的失效产品明确失效模式、分折失效机理，最终找出失效原因，因此元器件的使用方在元器件的选择、整机计划等方面，元器件生产方在产品的可靠性方案设计过程，都必须参考失效分折的结果。通过失效分折，可鉴别失效模式，弄清失效机理，提出改进措施，并反馈到使用、生产中，将提高元器件和设备的可靠性。 2.失效分析的基本内容 对电子元器件失效机理，原因的诊断过程叫失效分析。进行失效分析往往需要进行电测量并采 用先进的物理、冶金及化学的分析手段。失效分析的任务是确定失效模式和失效机理.提出纠正措

电路元器件失效机理有哪些

元件的失效直接受湿度、温度、电压、机械等因素的影响。 电参数失效，需进行较复杂的测量，主要表现形式有参数值超出规定范围（超差）和参数不稳定。机械开封?化学开封 5、显微形貌像技术光学显微镜分析技术扫描电子显微镜的二次电子像技术电压效应的失效定位技术 6、半导体主要失效机理分析电应力（EOD）损伤静电放电（ESD）损伤封装失效引线键合失效芯片粘接不良金属半导体接触退化钠离子沾污失效氧化层针孔失效 1、温度导致失效： 1.1环境温度是导致元件失效的重要因素。 温度变化对半导体器件的影响：构成双极型半导体器件的基本单元P-N 结对温度的变化很敏感，当P-N结反向偏置时，由少数载流子形成的反向漏电流受温度的变化影响，其关系为： 式中：ICQ―――温度T0C时的反向漏电流 ICQR――温度TR℃时的反向漏电流 T－TR――温度变化的绝对值 由上式可以看出，温度每升高10℃，ICQ将增加一倍。这将造成晶体管放大器的工作点发生漂移、晶体管电流放大系数发生变化、特性曲线发生变化，动态范围变小。 温度与允许功耗的关系如下： 式中：PCM―――最大允许功耗 TjM―――最高允许结温 T――――使用环境温度 RT―――热阻 由上式可以看出，温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降。 由于P-N结的正向压降受温度的影响较大，所以用P-N为基本单元构成的双极型半导体逻辑元件（TTL、HTL等集成电路）的电压传输特性和抗干扰度也与温度有密切的关系。当温度升高时，P-N结的正向压降减小，其开门和关门电平都将减小，这就使得元件的低电平抗干扰电压容限随温度的升高而变小；高电平抗干扰电压容限随温度的升高而增大，造成输出电平偏移、波形失真、稳态失调，甚至热击穿。

电子器件失效分析--学习心得

《电子器件失效分析及可靠应用》-----学习心得 通过8月5日、6日两天的学习培训，结合我司的实际情况，总结以下几点学习体会。 一、电子器件失效的理念。 失效分析并不等同于维修，一般大公司的失效分析部包括物料的认证、生产问题的解决、硬件管理和设计评审，所以产品的失效包含很广的领域，并不是单纯的维修不良品。 二、失效分析的意义 失效分析是打开可靠性工程大门的钥匙。失效分析可以解决生产即时存在的问题，也为后续产品可靠性打下良好的基础，创造明显的价值。 三、电子器件失效的分类和控制 1、ESD控制 ESD失效的四个特征 隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3KV。 潜在性：损伤后性能没有明显的下降，往往是在产品到用户手里半年以上才发生问题。 随机性：从一个元件产生以后，一直到它失效以前的所有过程。 复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原因 结合我司的生产，首先应保证生产仪器的良好接地，工作台面的接地，特别是烙铁和测试仪器的接地，再就是防止人体放电，正确配戴静电

手环。 举例：LED不允许插在泡沫上，因泡沫上的静电可达1000V以上，而LED要求静电等级红光、绿光大概在500-1000V,蓝光大概为100-300V.根据这一实例，对于我司的IC供应商，我们可以要求其出具IC规格书中的一个静电等级，以便于有效判断IC失效是否为静电损伤的可能性。最后，最好能在生产线配一个静电测试仪。 2、MSD的控制 器件的潮湿敏感等级分为1-6级，当大于3级(即只允许暴露168H)时，必须要经过烘烤后使用; 当大于5级或5A级（即只允许暴露24-48H）以上时，建议不使用,否则就会出现“爆米花”效应（即当电子零件吸入湿汽时，由于外表温度的急剧升高，就会导致元件的外封装出现裂纹）。 结合我司，以后在电子来料检验时，注意供应商来料的暴露期限等级。在零件加工及成品生产的全过程注意防潮，注意关窗，成品任何时候不允许直接放在地面上，必须加隔板，避免靠墙堆放。 3、DFM，即可生产性设计 根据新产品的特点，对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，可生产性等进行审核。提出改进建议，并确定工艺难点。在PCB投板之前就预计到可能产生的工艺问题，提前消除可生产性设计缺陷对产品造成的影响。 举例：0805以下的表贴器件，在过波峰时会出现器件的“立碑”现象，即表贴件在焊盘上立起来。造成这种现象的主要原因就是设计时

常用的电子元器件失效机理与故障分析

常用的电子元器件失效机理与故障分析 电子元器件在使用过程中，常常会出现失效和故障，从而影响设备的正常工作。文本分析了常见元器件的失效原因和常见故障。 电子设备中绝大部分故障最终都是由于电子元器件故障引起的。如果熟悉了元器件的故障类型，有时通过直觉就可迅速的找出故障元件，有时只要通过简单的电阻、电压测量即可找出故障。 1 电阻器类 电阻器类元件包括电阻元件和可变电阻元件，固定电阻通常称为电阻，可变电阻通常称为电位器。电阻器类元件在电子设备中使用的数量很大，并且是一种消耗功率的元件，由电阻器失效导致电子设备故障的比率比较高，据统计约占15% 。电阻器的失效模式和原因与产品的结构、工艺特点、使用条件等有密切关系。电阻器失效可分为两大类，即致命失效和参数漂移失效。现场使用统计表明，电阻器失效的85%~90% 属于致命失效，如断路、机械损伤、接触损坏、短路、绝缘、击穿等，只有1 0 % 左右的是由阻值漂移导致失效。电阻器电位器失效机理视类型不同而不同。非线形电阻器和电位器主要失效模式为开路、阻值漂移、引线机械损伤和接触损坏；线绕电阻器和电位器主要失效模式为开路、引线机械损伤和接触损坏。主要有以下四类： （1 ）碳膜电阻器。引线断裂、基体缺陷、膜层均匀性差、膜层刻槽缺陷、膜材料与引线端接触不良、膜与基体污染等。 （ 2 ）金属膜电阻器。电阻膜不均匀、电阻膜破裂、引线不牢、电阻膜分解、银迁移、电阻膜氧化物还原、静电荷作用、引线断裂、电晕放电等。 （3 ）线绕电阻器。接触不良、电流腐蚀、引线不牢、线材绝缘不好、焊点熔解等。 （4 ）可变电阻器。接触不良、焊接不良、接触簧片破裂或引线脱落、杂质污染、环氧胶不好、轴倾斜等。 电阻容易产生变质和开路故障。电阻变质后往往是阻值变大的漂移。电阻一般不进行修理，

各类电子元器件失效机理分析

各类电子元器件失效机理分析 电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。 硬件工程师调试爆炸现场 所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。 电阻器失效模式与机理 失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。 失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 1、电阻器的主要失效模式与失效机理为 1) 开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。 2) 阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。 3) 引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。 4) 短路：银的迁移，电晕放电。

2、失效模式占失效总比例表 3、失效机理分析 电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 (1) 导电材料的结构变化 薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。 结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。

电子元器件失效分析具体案列

案例一： 1 产品名称：单片机 MD87C51/B 2 商标：Intel 3 分析依据：MIL-STD-883E 微电子器件试验方法和程序微电路的失效分析程序 MIL-STD-883E 方法2010 内部目检（单片电路） 4 样品数量及编号：失效样品1＃～6＃，良品7＃～12＃ 5 样品概述及失效背景：MD87C51/B 是一高速CMOS 单片机。委托方一共提供四种批次的此类样品。1＃、5＃、10＃、11＃、12＃属9724 批次，其中1＃样品已做过二次筛选和环境应力试验，是在整机测试过程中失效，5＃样品在第一次通电工作不正常，须断电后重新通电可以正常工作，10＃～12＃样品是良品；2＃、3＃、4＃样品属9731 批次，这三个样品在第一次上机时便无法写入程序，多次长时间擦除，内容显示为空，但仍不能写入；6＃样品属9931 批次，失效情况同5＃样品；7＃～9＃样品属9713 批次，为良品。 6 分析仪器 序号仪器、设备名称型号编号 1 立体显微镜LEICA ZM6 011701145 2 金相显微镜OPTIPHOT200 011701120 3 图示仪TYPE576 B349533 仪4 数字式示波器TDS3012 B018857 5 内部气氛分析仪IVA110S 011701141 器 设 6 静电放电测试系统ZAPMASTER7/2 470501389 备 7 等离子刻蚀仪ES 371 011701174 8 程控直流电源Agilent 6633B 660105754 9 波形发生器AFG320 610106387 10 电子扫描电镜（S E M）XL－30FEG 011701122 11 串行编程器Superpro/580 730103920 7 分析过程 1）样品外观分析：1＃～6＃进行外目检均未发生异常； 2）编程器读写试验：能对坏品进行内部程序存储器读取，但无法完成写操作，良品读写操作均正常； 3）内部水汽含量测试：应委托方要求，8＃与12＃样品进行内部水汽含量测试，结果符合要求；

电子元器件失效分析及技术发展

２００６年１月 第１卷第１期 失效分析与预防创刊号电子元器件失效分析及技术发展 恩云飞，罗宏伟，来萍 （元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室，广州５１０６１０） ［关键词］元器件；集成电路；失效分析 ［摘要】本文以集成电路为代表介绍了元器件失效分析方法、流程、技术及发展，失效分析是元器件质量、可靠性保证的 重要环节，随着元器件设计与制造技术的提高以及失效分析技术及分析工具水平的提高，对元器件失效模式及失效机理的 认识逐步加深，失效分析工作将发挥更大的作用。 ［中图分类号］７烈０［文献标识码】Ａ ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎＣｏｍｐｏｎｅｎｔＦａｉｌｕｒｅ加１ａｌｙｓｉｓ ＥＮＹｕｎ—ｆｅｉ，ＬＵＯＨｏｎｇ－ｗｅｉ，ＬＡＩＰｉｎｇ （舭砌ｎ４比６Ｄ砌叮如ｒ删嘶确筘如＆却彬咄面忆‰妞ｙ，国口ｎｇｚｂｕ５１０６１０，吼抛） Ｋｅｙｗｏ“ｋ：ｃｏｒｒｌｐｏｎｅｍ；ｉｎｔｅ黜ｄｃｉｎ面ｔ；ｆａｉｌｕｒｅａｎ由ｓｉｓ Ａｌ玲恻：蹦ｌｕｒｅａＩｌａｌｙｓｉｓｍｅ山０ｄ，ｎｏｗ粕ｄｔｅｃｌｌＴｌｏｌｏｇ）ｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ“ｎⅡＤｄｕｃｅｄｉｎｔｅｎＩｌｓｏｆｉｍｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｆ灿ｒｅ锄ａｌｙｓｉｓｉｓｉＩＩｌｐｏｎａｍｆ研ｃｏｍｐｏｎｅｍｑ１１ａｌｉｔ）ｒａｎｄｒｅｌｉａ：ｂｉＨ哆鹊㈣ｅ．ＡｓｔＩｌｅｄｅｖｅｌ叩Ｈｌｅｍ０ｆｃｏⅡｌｐｏｎｅｎｔｄｅｓｉ印ａｎｄｐｒｏｃｅｓｓ乜ｅｃｌｌＩｌ０１０舒，ｔ１１ｅｄｅｖｅｌ叩Ⅱ把ｍｏｆｆａｉｌｕｒｅａＩ】ｌａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ锄ｄ黼ｌｕｒｅａＩｌａｌｙｓｉｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｆ越ｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｗｉⅡｂｅｍｏｒ｜ｅ粕ｄｍｏＩｅｕｓｅｆｍ． １前言 失效分析的目的是通过失效机理、失效原因分析获得产品改进的建议，避免类似失效的发生，提高产品可靠性。电子元器件的失效分析是借助各种测试技术和分析方法明确元器件的失效过程，分辨失效模式或机理，确定其最终的失效原因。失效分析是元器件可靠性工程中的一个重要组成部分。开展电子元器件失效分析工作需要具备相应的测试与分析手段、元器件失效机理等专业基础知识，并需要逐步积累失效分析经验。用于失效分析的设备很多且各有特点，应根据失效分析的要求，选用适当的分析技术和设备，充分利用其功能与特点，降低电子元器件失效分析成本，加快失效分析进度，提高失效分析成功率。 电子元器件是电子系统的重要及关键部件，元器件种类繁多，发展迅速，尤其是以集成电路为代表的微电子器件，其设计和制造技术正以惊人的速度向着规模更大、速度更快、集成度更高的方向发展。集成电路失效分析难度大，需要采用诸多先进的分析技术，涉及失效分析的各个环节与过程。本文以集成电路失效分析为代表介绍元器件失效分析的工作流程、分析技术方法以及未来发展所面临的挑战。 ２集成电路失效分析主要流程及分析方法 ２．１失效分析流程 典型的集成电路失效分析流程如图ｌ。 ２．２失效分析技术方法 ２．２．１外部目检 外部目检在集成电路失效分析中十分重要，它将为后续的分析提供重要的信息。外部目检可以通过肉眼、放大倍数在４倍～８０倍的立体显微镜、放大倍数在５０倍。２０００倍的金相显微镜、甚至是扫描电子显微镜（ＳＥＭ）来检查失效器件与好器件之间的差异，确定各种尘化物、沾污、引脚腐蚀、引脚断裂、机械损伤、封装裂纹、晶须、金属迁移等缺陷，必要时利用ＥＤｘ、原子吸收光谱等获得元素信息。 ［收稿日期］２００５—０８—０２［修订日期］２００６一ｌＯ一２７ ［作者简介］恩云飞（１９６８一），女，硕士，高级工程师，从事集成电路失效机理及分析评价技术研究。

电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术培训

电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术培训 讲讲师师介介绍绍:: 费老师 男，原信息产业部电子五所高级工程师,理学硕士,“电子产品可靠性与环境试验”杂志编委，长期从事电子元器件的失效机理、失效分析技术和可靠性技术研究。分别于1989年、1992－1993年、2001年由联合国、原国家教委和中国国家留学基金管理委员会资助赴联邦德国、加拿大和美国作访问学者。曾在国内外刊物和学术会议上发表论文三十余篇。他领导的“VLSI 失效分析技术”课题组荣获2003年度“国防科技二等奖”。他领导的“VLSI 失效分析与可靠性评价技术”课题组荣获2006年度“国防科技二等奖”。2001年起多次应邀外出讲学,获得广大学员的一致好评。 【培训对象】系统总质量师、产品质量师、设计师、工艺师、研究员，质量可靠性管理和从事电子元器件（包括集成电路）失效分析工程师 【主办单位】中 国 电 子 标 准 协 会 培 训 中 心 【协办单位】深 圳 市 威 硕 企 业 管 理 咨 询 有 限 公 司 为了满足广大元器件生产企业对产品质量及可靠性方面的要求，我司决定在全国组织召开“电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术”高级研修班。研修班将由具有工程实践和教学丰富经验的教师主讲，通过讲解大量实例,帮助学员了解各种主要电子元器件的可靠性试验方法和试验结果的分析方法．

课程提纲： 第一部分电子元器件的可靠性试验 1 可靠性试验的基本概念 1．1 概率论基础 1．2 可靠性特征量 1．3 寿命分布函数 1．4 可靠性试验的目的和分类 1．5 可靠性试验设计的关键问题 2 寿命试验技术 2．1 加速寿命试验 2．2 定性寿命保证试验 2．3 截尾寿命试验 2．4 抽样寿命试验 3 试验结果的分析方法：威布尔分布的图估法 4 可靠性测定试验 4．1 点估计法 4．2 置信区间 5 可靠性验证试验 5．1 失效率等级和置信度 5．2 试验程序和抽样表 5．3 标准和应用 6 电子元器件可靠性培训试验案例

√MOS器件及其集成电路的可靠性与失效分析

MOS 器件及其集成电路的可靠性与失效分析（提要） 作者：Xie M. X. (UESTC ，成都市) 影响MOS 器件及其集成电路可靠性的因素很多，有设计方面的，如材料、器件和工艺等的选取；有工艺方面的，如物理、化学等工艺的不稳定性；也有使用方面的，如电、热、机械等的应力和水汽等的侵入等。 从器件和工艺方面来考虑，影响MOS 集成电路可靠性的主要因素有三个：一是栅极氧化层性能退化；二是热电子效应；三是电极布线的退化。 由于器件和电路存在有一定失效的可能性，所以为了保证器件和电路能够正常工作一定的年限（例如，对于集成电路一般要求在10年以上），在出厂前就需要进行所谓可靠性评估，即事先预测出器件或者IC 的寿命或者失效率。 （1）可靠性评估： 对于各种元器件进行可靠性评估，实际上也就是根据检测到的元器件失效的数据来估算出元器件的有效使用寿命——能够正常工作的平均时间（MTTF ，mean time to failure ）的一种处理过程。 因为对于元器件通过可靠性试验而获得的失效数据，往往遵从某种规律的分布，因此根据这些数据，由一定的分布规律出发，即可估算出MTTF 和失效率。 比较符合实际情况、使用最广泛的分布规律有两种，即对数正态分布和Weibull 分布。 ①对数正态分布： 若一个随机变量x 的对数服从正态分布，则该随机变量x 就服从对数正态分布；对数正态分布的概率密度函数为 222/)(ln 21 )(σμπσ--?=x e x x f 该分布函数的形式如图1所示。 对数正态分布是对数为正态分布的任 意随机变量的概率分布；如果x 是正态分布 的随机变量，则exp(x)为对数分布；同样， 如果y 是对数正态分布，则log(y)为正态分 布。 ②Weibull 分布： 由于Weibull 分布是根据最弱环节模型 或串联模型得到的，能充分反映材料缺陷和 应力集中源对材料疲劳寿命的影响，而且具 有递增的失效率，所以，将它作为材料或零件的寿命分布模型或给定寿命下的疲劳强 度模型是合适的；而且尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式。由于它可以根据失效概率密度来容易地推断出其分布参数，故被广泛地应用于各种寿命试验的数据处理。与对数正态分布相比，Weibull 分布具有更大的适用性。 Weibull 分布的失效概率密度函数为 m t m t m e t m t f )/()(ηη--?= 图1 对数正态分布

航空电子元器件失效模式及其机理探讨

航空电子元器件失效模式及其机理探讨 本文对航空电子元器件的失效模式及失效机理进行了研究，并给出其敏感环境，对于电子产品的设计提供一定的参考。 1 典型元器件失效模式 为获取电子元器件的敏感环境，对其环境相关典型故障模式进行分析，如表1所示。 表1 电子元器件典型故障模式

2 典型元器件失效机理分析 电子元器件的故障模式并不单一，仅对有代表性的部分典型元器件敏感环境的耐受极限进行分析，以得到较为通适的结论。 2.1 机电元件 典型机电元件包括电连接器、继电器等。分别结合两类元器件的结构对其失效模式进行深入分析。 1）电连接器 电连接器由壳体、绝缘体和接触体三大基本单元组成,其失效模式概括起来有接触失效、绝缘失效和机械联接失效三种失效形式。电连接器的主要失效形式为接触失效，其失效表现为：接触对瞬断和接触电阻增大。对于电连接器来说，由于接触电阻及材料导体电阻的存在，当有电流流过电连接器时，接触电阻和金属材料导体电阻将会产生焦耳热，焦耳热升高会使得热量增加，导致接触点的温度升高，过高的接触点温度会使得接触表面的金属软化、融化甚至沸腾，同时也会增大接触电阻，从而引发接触失效。在高温环境的作用下，接触件还会出现蠕变现象，使得接触件之间的接触压力不断减小。当接触压力减小到一定程度后，接触电阻会急剧增大，最后造成电接触不良，引发接触失效。 另一方面，电连接器在贮存、运输和工作时，会受到各种振动载荷和冲击力的作用，当外界振动载荷的激励频率和电连接器固有频率接近时，会使得电连接器产生共振现象，造成接触件的间隙变大，间隙增大到一定程度，接触压力会瞬时消失，从而导致电接触的“瞬断”。在振动、冲击载荷作用下，电连接器内部会产生应力，当应力超过材料的屈服强度时，会使得材料产生破坏和断裂；在这种长期应力的作用下，材料也会发生疲劳损伤，最后引发失效。

电子元器件失效分析技术与案例

电子元器件失效分析技术与案例 费庆学 二站开始使用电子器件当时电子元器件的寿命20h. American from 1959 开始：1。可靠性评价，预估产品寿命 2。可靠性增长。不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。通过恶裂环境的试验。通过改进提高寿命。―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例b.可靠数学 第一部分：电子元器件失效分析技术（方法） 1．失效分析的基本的概念和一般程序。 A 定义： 对电子元器件的失效的原因的诊断过程 b.目的：0000000 c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测的形式取得 d．失效机理：失效的物理化学根源 ――》失效的原因 1）开路的可能失效机理 日本的失效机理分类：变形变质外来异物 很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成正反向都不通为内部断开。 漏电和短路的可能的失效机理 接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁 例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器 局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si 和 al 互熔成为合金合金熔点更低） 塑封器件烘烤效果好当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质 失效机理 环境应力：温度温度过低易使焊锡脆化而导致焊点脱落。 ， 2．失效机理的内容 I失效模式与环境应力的关系 任何产品都有一定的应力。

a当应力>强度就会失效 如过电/静电：外加电压超过产品本身的额定值会失效 b应力与时间应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生 故：如何增强强度&减少应力能延长产品的寿命 c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命 特性随时间存在变化 e机械应力如主板受热变形对零件的应力认为用力 塑封的抗振动好应力好陶瓷的差。 f重复应力如：冷热冲击是很好的零件筛选方法 重复应力易导致产品老化，存在不可靠性 故使用其器件：不要过载；温湿度要适当 II如何做失效分析 例：一个EPROM在使用后不能读写 1) 先不要相信委托人的话，一定要复判。 2) 快始失效分析： 取NG&OK品，DataSheet， 查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试） 电源对地的待机电流下降 开封发现电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电 阻，电流减小。 原因：闩锁效应应力大于产品本身强度 责任：确定失效责任方：模拟试验－>测抗闩锁的能力 看触发的电流值（第一个拐点的电流值），越大越好，至少要大于datasheet或近似良品的值在标准范围内的。看维持电压（第二个拐点的电 压），若大于标准值，则很难回到原值。若多片良品抽测都OK， 说明使用者使用不当导致。 改善措施：改善供电，加保护电路。 III失效分析技术的延伸 失效分析的关键是打开样品 进货分析：不同的封装厂，在 芯片面积越小（扫描声学检测器，红的部分为空气，可用于辨别尺寸的大小），受应力越小。版本过新的产品也有可能存在可靠性问 题。可能存在设计的问题。 良品分析的作用：可以采取一层一层的分解拍照，找捷径

电子元器件失效机理

摘要：电子元器件被广泛的应用于人们的生产和生活的各种装置中，是社会进步发展必不可少，具有极为重要的作用。然而各类电子元器件在使用过程中不可避免地会出现失效现象。因此分析元器件失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就显得尤为重要。 关键字：老化机理，失效原因 Abstract：Electronic components are widely used in people's production and life, is essential for social progress and development, an extremely important role. However, the use of various electronic components will inevitably occur during the failure phenomenon. Therefore, the aging analysis of the causes and mechanisms of component failure, and put forward feasible method of aging is particularly important. Keyword：Aging mechanisms，failure causes 1引言 电子元器件在各种电子产品中有广泛的应用。电子产品都有一定的使用寿命，这与电子元器件的寿命密切相关。电子元器件在使用的过程有可能出现故障，即失去了原有的功能，从而使电子产品失效。电子产品的应用十分的广泛，是生产生活所不能缺少的重要部分。因此研究电子元器件的失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就具有重要意义。老化是一种方法，即给电子元器件施加环境应力试验。若了解电子元器件的老化机理就能提出可靠的老化，就可以剔除产生出有缺陷将会早期失效的元器件，因而保证了出产产品的使用寿命。一个有效的老化方法能降低生产成本，提高收益，减少不必要的损失和麻烦。 2 研究电子元器件失效的意义 电子元器件的失效即为特性的改变，表现为激烈或缓慢变化，不能正常工作。 在文献[1]中介绍了电子元器件的失效原因。 其主要分为： 1致命性失效：如过电应力损伤 2缓慢退化：如MESFET（金属—半导体场效应晶体管）的IDSS（饱和漏源电流）下降 3间歇失效:如塑封器件随温度变化间歇失效 在文献[1]中也介绍了研究电子元器件失效的实验方法。 其主要可分为： 1应力----强度模型即保持元器件所在的环境不发生任何变化只改变应力的大小。从一个低的应力下缓慢增加直至应力超过元器件的强度承受范围（如过电应力（EOS）静电放电（ESD）闩锁等等），纪录下在各种应力的电子元器件的各种电气特性的数据，用来在实验结束后进行数据处理和分析。 2应力----时间模型即保持元器件所处的环境下各种应力是保证不发生变化的，在某一特定的应力下随着时间的积累效应，特性变化超差（如金属电迁移，腐蚀，热疲劳等等）。同样也要纪录下在各个时间段内元器件的各种电气特性数据，用来在实验结束后进行数据处理和分析。 研究电子元器件的失效原理能确定它的失效模式、失效机理，研究分析老化机理，防止失效重复出现，并提出可行的老化方法。 3 各种电子元器件失效原因和老化机理 3.1电容器的失效原理