電子元器件技術(shù)發(fā)展與失效分析

徐建民 唐山國(guó)芯晶源電子有限公司

在信息技術(shù)時(shí)代，電子設(shè)備的作用不言而喻。人們?nèi)粘９ぷ髋c生活已經(jīng)離不開電子設(shè)備的輔助。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子產(chǎn)品質(zhì)量大大提升，功能也越來越豐富強(qiáng)大，給人們帶來了極大的便利。在此背景下，提高電子產(chǎn)品質(zhì)量變得更為重要，電子元器件失效分析作為提高元器件質(zhì)量的重要方法，明確失效性質(zhì)與原因，提高對(duì)電子元器件失效預(yù)防，對(duì)提升電子元器件使用性能和可靠性非常關(guān)鍵。

一、電子元器件失效分析原則與基本程序

（一）失效分析的基本原則

電子元器件的失效分析不會(huì)對(duì)元器件本身造成損壞，而是通過非破壞性檢查，對(duì)元器件進(jìn)行逐層分析。如果在電子元器件失效原因無法利用非破壞方法進(jìn)行驗(yàn)證，就需要通過深層分析檢驗(yàn)來確認(rèn)失效的具體原因。失效分析是電子元器件失效數(shù)據(jù)獲取的主要渠道，因此必須確保分析過程的科學(xué)合理，避免遺漏失效原因，影響電子元器件失效預(yù)防[1]。在進(jìn)行失效分析前需要編制方案，外檢完成后進(jìn)行通電檢查，分析應(yīng)從外部開始，逐漸進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，由靜態(tài)逐漸進(jìn)入動(dòng)態(tài)，先宏觀后微觀，從不同角度分析失效原因，必要時(shí)可以采取破壞性檢測(cè)。

（二）失效分析基本程序

在進(jìn)行失效分析前，首先需要對(duì)失效對(duì)象確認(rèn)，完成樣品制備與保存，然后進(jìn)行相關(guān)檢查和電性分析。在分析完成后對(duì)電子元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析并進(jìn)行可靠性測(cè)試，然后開封并剝層。最后，對(duì)電子元器件失效點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，通過分析確認(rèn)其失效原因與機(jī)理，然后針對(duì)電子元器件失效機(jī)理制定有效的預(yù)防措施，避免電子元器件發(fā)生重復(fù)性失效。

二、電子元器件失效分析技術(shù)方法

（一）失效現(xiàn)象確認(rèn)

電子元器件失效分析前，首先需要確認(rèn)其是否失效。電子元器件失效表現(xiàn)為：連接性失效、功能失效和電參數(shù)失效。這是那種宏觀上的失效現(xiàn)象存在一定的聯(lián)系。在無損測(cè)試中，需要按照一定的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)給電子元器件施加電應(yīng)力，在不破壞電子元器件的前提下判定元器件本身是否存在缺陷問題。在失效分析中，可以通過增加電應(yīng)力，改變電子元器件失效模式，從而使失效問題更為嚴(yán)重，用以更好的分析其失效機(jī)理[2]。在電子技術(shù)高速發(fā)展的前提下，電子元器件功能越來越復(fù)雜，其失效分析難度也大大增加，需要通過信息技術(shù)編程軟件輔助完成，提高失效分析的精確性。

（二）樣品制備與保存

為了滿足電子元器件失效分析要求，需要在失效樣品制備完成后進(jìn)行妥善的保存，便于更好的完成失效分析。樣品的保存需要結(jié)合元器件封裝材料的特點(diǎn)，最大程度提高保存效果。例如，可以通過鈍化層技術(shù)進(jìn)行樣品的保存。但是不同的保存方法都會(huì)一定程度上影響電子元器件，鈍化層技術(shù)就會(huì)造成元器件的腐蝕，而且具有不可靠性。因此在樣品保存時(shí)需要考慮到保存方法對(duì)樣品的影響，避免影響失效分析的可靠性。

（三）電性分析

電性分析的主要作用是輔助完成失效點(diǎn)定位。其中以 OBIRCH技術(shù)最為常見。該技術(shù)應(yīng)用于電子元器件失效分析，能夠通過激光主動(dòng)感知到電子元器件電阻變化，從而對(duì)電子元器件失效點(diǎn)進(jìn)行可靠定位[3]。除此之外，電性分析還包括液晶熱點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)等。這些技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)殡娮釉骷c(diǎn)定位提供可靠的技術(shù)參考，提高失效原因分析的全面性，為失效機(jī)理分析提供幫助。

三、集成電路發(fā)展給失效分析帶來的挑戰(zhàn)

（一）失效定位與電測(cè)

集成電路發(fā)展給失效分析帶來了更大的挑戰(zhàn)，在集成電路中，失效點(diǎn)定位與電測(cè)更為困難。失效分析的目的是通過分析過程來確定電子元器件的失效部位。但是集成電路本身具有一定的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，所以在失效分析過程中影響因素更多，失效定位更加困難。大量的電子元件集成在一起，在失效分析中可能出現(xiàn)其他的失效模式，從而造成失效分析的不準(zhǔn)確，這也是未來失效分析所必須迎接的挑戰(zhàn)[4]。

（二）新材料的處理

在失效分析匯總，逐層剝除電路是無力分析非常重要的過程，但是隨著新材料的出現(xiàn)，在剝離過程中的難度更大，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料具有非常成熟的剝除方法，但是新材料應(yīng)用時(shí)間短，剝離技術(shù)不成熟，或者新材料與集成電路其他介質(zhì)聯(lián)系緊密，如果強(qiáng)行剝除可能會(huì)帶入新的失效模式，導(dǎo)致失效分析不嚴(yán)謹(jǐn)。總之，新材料的出現(xiàn)與應(yīng)用會(huì)提高集成電路失效分析的難度。

四、結(jié)束語

綜上所述，電子元器件失效分析是對(duì)集成電路可靠性測(cè)試的重要方法。常規(guī)失效分析以非破壞試驗(yàn)為主，通過測(cè)試確定電子元器件失效點(diǎn)，分析其失效機(jī)理。如果無法分析確定，可以采取破壞性測(cè)試方法。在失效分析中，需要確保分析的準(zhǔn)確性，避免電子元器件過程處理不當(dāng)出現(xiàn)新的失效模式，影響分析結(jié)果。通過失效分析能夠有效預(yù)防失效問題發(fā)生，為集成電路工作的穩(wěn)定性與可靠性提供保障。