FMEA失效的步骤与方法

失效分析步骤与方法--徐勤伟06年5月QRADEPARTMENT内容提要基本概念失效分析的目的和作用失效分析的一般步骤失效分析技术介绍失效机理的分析案例注意事项Q&A一、基本概念失效器件性能发生剧烈的或是缓慢的变化,这些变化达到一定程度,器件不能正常工作,这种现象叫做失效。失效模式指失效的表现形式，一般指器件失效时的状态，如开路、短路、漏电或参数漂移等。失效模式的分类按失效的持续性致命性、间歇性、缓慢退化按失效时间早期失效、随机失效、磨损失效按电测结果开路、短路、漏电、参数漂移失效机理失效的物理和化学根源叫失效机理。物理和化学根源包括：环境、应力和时间，环境和应力包括温度、湿度、电、机械等失效的物理模型应力-强度模型认为失效原因是由于产品所受应力超过其极限强度，此模型可解释EOS、ESD、Bodycrack等。应力-时间模型认为产品由于受到应力的时间累积效应，产品发生化学反应，微观结构发生变化，达到一定程度时失效，此模型可解释材料的欧姆接触电阻增大，电压随时间衰降，焊接部分的热疲劳现象等。二、失效分析的目的及作用目的找出器件失效的物理和化学根源，确定产品的失效机理作用获得改进工艺、提出纠正措施，防止失效重复出现的依据确定失效的责任方，避免不必要的损失赔偿评估产品的可靠度三、一般步骤1、收集失效数据2、烘焙3、测试并确定失效模式4、非破坏性分析5、DE-CAP6、失效定位7、对失效部分进行物理化学分析8、综合分析，确定失效原因，提出改善措施1、失效数据收集作用：根据失效现场数据估计失效原因和 失效责任方失效现场数据的内容失效环境：潮湿、辐射失效应力：过电、静电、高温、低温、高低温失效发生期:早期、随机、磨损失效历史：以往同类器件的失效状况2、烘焙对于一些经过潮湿环境下失效，或从其电性上表现为漏电大或不稳定的器件，有必要进行烘焙后测试方法：温度：150℃常压时间：4小时以上3、电性测试及确定失效模式不同与质量检验为目的的测试，采用非标准化的测试方法，可以简化．包括引脚测试和芯片测试两类可以确定失效的管脚和模式，但不能确定失效的确切部位4、非破坏坏性分析定义：不必必打开封装装对样品进进行失效分分析的方法法，一般有有：显微镜的外外观检验X-RAY检查内部部结构C-SAM扫描内内部结构及及分层5、DE-CAP分分析步骤一：去黑胶配比：发烟烟HNO3：H2SO4=3：1加热时间：：煮沸后5-10分分钟（根据据材料大小小）注意：酸液液不能超过过烧杯的规规定刻度，，以防加热热过程酸液液溅出来显微镜观察察焊接件结结构，芯片片的外观检检查等烘烤后测试试步骤二：去铜配比浓浓硝酸加热时间：：沸腾后3-5分钟钟离开电炉炉至铜反应应完注意：加热热沸腾比较较剧烈，加加酸液的液液面不要超超过烧杯的的规定刻度度，显微镜观察察，焊锡的的覆盖面积积、气孔、、位置、焊焊锡颗粒，，芯片Crack等等步骤三：去焊锡配比浓浓硝酸加热时间：：沸腾后30分钟左左右注意：加酸酸液的液面面不要超过过烧杯规定定刻度，以以防止酸液液溅出显微镜观察察，芯片正正反两面观观察，Surgemark点，结构构电性确认6、失效定定位对于在芯片片上明显的的异常点，，如Surgemark、、Microcrack、、氧化层脱脱落，比较较容易定位位对于目视或或显微镜下下无法观察察到的芯片片，可以加加电后借助助红外热像像仪或液晶晶测试找到到失效点7、失效点点的物理化化学分析为更进一步步确认失效效点的失效效机理，我我们需要对对失效点进进行电子放放大扫描(SEM)和能谱分分析(EDX)，以以找到失效效点的形貌貌和化学元元素组成等等，作为判判定失效原原因的依据据。8、综合分分析根据前面步步骤的逐步步分析，确确定最终失失效原因，，提出报告告及改善建建议及完成成报告。你的成果四、失效分分析技术1、摄影和和光学显微微术本厂有0-400倍倍的光学显显微镜和影影象摄取装装置,基本本上可以含含盖整个分分析过程需需要的光学学检查每个元件都都需要记录录一般状态态的全景照照片和特殊殊细节的一一系列照片片不涉及分析析结果或最最终结论的的照片可以以在报告中中不列入拥有但不需需要总比需需要但没有有要好四、失效分分析技术光学显微镜镜作用用来观察器器件的外观观及失效部部位的表现现形状、分分布、尺寸寸、组织、、结构、缺缺陷、应力力等，如观观察器件在在过电应力力下的各种种烧毁和击击穿现象，，芯片的裂裂缝、沾污污、划伤、、焊锡覆盖盖状况等。。例：一些失失效的在光光学显微镜镜下观察到到的现象四、失效分分析技术四、失效分分析技术2、电测技技术质量检验的的电测采用标准化化的测试方方法，判定定该器件是是否合格，，目的是确确定器件是是否满足预预期的技术术要求失效分析的的电测采用非标准准的测试方方式，目的的是用于确确定器件的的失效模式式、失效部部位并估计计可能的实实效机理测试仪器、、测试步骤骤及参数的的种类都可可以简化四、失效分分析技术失效分析的的电测管脚测试管脚测试可可以确定失失效的模式式和管脚，，无法确定定失效的确确切部位例1：GBJ的+AC1电电性失效，，其余管脚脚OK，则则可以只对对+AC1的晶粒做做后续分析析，如X-RAY等等例2：TO220AB的一端端测试显示示HI-VF，我们们可以估计计可能的失失效模式为为晶粒横裂裂等。四、失效分析析技术四、失效分析析技术芯片测试（DECAP后后的测试）芯片测试可以以缩小失效分分析的范围，，省去一些分分析步骤例：做过PCT的失效器器件在去黑胶胶后测试电性性恢复，后续续的去铜可以以不做，可以以初步判定失失效机理为水水汽进入封装装本体引起，，导致失效四、失效分析析技术3、烘焙技术术对材料的烘焙焙可以确定材材料是否受到到潮湿及水汽汽影响或内部部离子污染例：PCT失失效的材料在在烘焙后电性性恢复内部离子污染染造成的电性性失效，烘烤烤可以“治愈愈”或逆转变变坏电气特性性四、失效分析析技术4、无损分析析技术定义：无须打打开封装对样样品进行失效效定位和失效效分析的技术术。除电测技术分分析外，有X-射线和反反射式声学扫扫描显微技术术等四、失效分析析技术X-RAY原理与医用的的X射线透视视技术完全相相同，器件的的不同材料造造成不同的吸吸收系数，收收集穿透的X射线通过图图象处理可反反映不同部位位的影象可以观察器件件内部结构，，焊锡的状况况，本体气孔孔等例：DF-M的焊锡气孔孔（手动与自自动制程的差差异）四、失效分析析技术手动制程自动制程四、失效分析析技术C-SAM原理：利用超超声脉冲探测测样品内部的的空隙缺陷等等，超声波对对于不同的介介质都会产生生发射波，如如果遇到空气气即100反反射，该技术术是对器件分分层最有效的的检测方法可以检测材料料结构界面的的粘连和分层层状况，及塑塑封材料的空空洞、芯片开开裂等。例：分层器件件与正常器件件的C-SAM图片四、失效分析析技术四、失效分析析技术种类应用优势基本原理X射线透视象观察材料高密度区的完整性透过材料高密度区X射线强度衰减C-SAM象观察材料内部空隙，如芯片粘接不良，器件封装不良超声波传播遇空气隙受阻反射X射线透视与反反射式声扫描描比较四、失效分析析技术5、DE-CAP利用强酸将器器件的封装去去处，展示材材料的内部结结构，是一个个破坏性的分分析技术，不不可逆转，因因此在进行此此步分析时请请确认所有非非破坏性的分分析已经完成成，本厂通常常用烧杯中加加热的方式，，更高级的DE-CAP有专门的设设备分析人员须考考虑潜在的损损坏和每项分分析的目的记住木匠遵循循的规律：测测量两次才锯锯一次四、失效分析析技术高级的DE-CAP设备备原理图（一一般用于集成成电路）四、失效分析析技术6、定位技术术（HOTSPOT)红外热像仪,液晶探测原理：将失效效的芯片通电电，在失效点点附近会有大大的漏电通过过，这部分的的温度会升高高，利用红外外热像仪或芯芯片表面涂液液晶用偏振镜镜观察（可以以找到失效点点，从而可以以进一步针对对失效点作分分析例：分别用红红外热像仪和和液晶方法获获得的失效点点照片四、失效分析析技术红外热像仪液晶四、失效分析析技术7、电子扫描描（SEM））及能谱分析析（EDX））原理：利用阴阴极所发射的的电子束经阳阳极加速，由由磁透镜聚焦焦后形成一束束直径为几百百纳米的电子子束流打到样样品上激发多多种信息（如如二次电子，，背散射电子子，俄歇电子子，Ｘ射线）），经收集处处理，形成相相应的图象，，通常使用二二次电子来形形成图象观察察，同时通过过特征Ｘ射线线可以进行化化学成分的分分析。四、失效分析析技术扫描电子显微微镜与光学显显微镜的比较较仪器名称真空条件样品要求透明性空间分辨率最大放大倍数景深光学显微镜无开封有一定的透明性3600A1200小扫描电子显微镜高真空开封去钝化层无，表面观察50A50万大四、失效分析析技术扫描电镜的应应用用来观察光学学显微镜下观观察不到的细细微结构，如如观察芯片击击穿点的立体体形貌，针孔孔等用来分析微区区的化学成分分，如对击穿穿点的化学成成分分析，确确定失效点的的失效原因例：利用电子子扫描和能谱谱分析对失效效晶粒的分析析案例：四、失效分析析技术SEM照片针对特定点的的能谱分析四、失效分析析技术8、剖切面技技术对于缺陷存在在与器件内部部，不容易从从正面观察到到就需要进行行剖切面观察察方法：用环氧氧树脂固化器器件，用锯片片及经过研磨磨、抛光后进进行光学或电电子扫描显微微镜观察。五、器件失效效机理的分析析1、过电应力力损伤（EOS）失效模式：表表现为开路、、短路、漏电电增大、反向向偏压衰降失效机理：器器件受到一种种随机的短时时间的高电压压或强电流冲冲击，功率远远大于额定功功率，产生过过电应力损伤伤轻度的损伤可可能会使期间间漏电增大、、反向偏压衰衰降等严重时失效特特征很明显，，芯片有明显显的surgemark，甚至会会使芯片开裂裂，塑封体炭炭化等五、器件失效效机理的分析析器件失效机理理的内容失效模式与材材料、设计、、工艺的关系系失效模式与环环境应力的关关系环境应力包括括：过电、温温度、湿度、、机 械应力力、静 电、、重复应力失效模式与时时间的关系五、器件失效效机理的分析析2、静电放电电损伤（ESD）失效模式：表表现为漏电增增大、反向偏偏压衰降等失效机理：带带电人体、接接地不良的仪仪器测试、器器件摩擦产生生的静电通过过器件产生损损伤失效模式与EOS相似，，区分有一定定的困难，通通常可以通过过HOTSPOT和和SEM的方方法可能会看看到失效点五、器件失效效机理的分析析3、封装水汽汽和离子污染染失效模式：表表现为漏电增增大，电性不不稳定等失效机理：水水汽来源有a、封装工艺艺缺乏防潮措措施；b、封封装材料吸收收水汽及放出出有害气体，，离子污染主主要来自芯片片工艺过程操操作人员和环环境及封装材材料的钠离子子等水汽和离子污污染均可用高高温烘烤的方方式来验证五、器件失效效机理的分析析4、焊接不良良失效模式：表表现为VF偏偏高、F/S能力差等失效机理：焊焊接气孔、虚虚焊、假焊、、镀层脱落等等可通过X射线线或DE-CAP后去铜铜观察焊锡覆覆盖状况来判判断六、案例案例1：SMBF12AVCL在在PCT失效效失效机理：材材料封装小，，水汽容易进进入封装本体体内导致器件件失效验证：a、烘烘烤后有部分分电恢复；b、DE-CAP去黑胶胶后测试全部部恢复电性改善措施：改改进封装制程程或更换封装装材料六、案例案例2：GBJ10A在F/S失效失效机理：芯芯片本身F/S能力不不足，芯片尺尺寸小（95mil）验证：a、历历史F/S资资料显示其其失效绿居高高不下；b、、DE-CAP后芯片开开裂，属过电电应力损伤改善措