劉建清

（株洲宏明日望電子科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

0 引言

大數(shù)據(jù)時代的來臨，使人們對信息的獲取需求大幅增長，各種電子產(chǎn)品也相繼進入百姓生活的方方面面，極大程度的便捷了人們的生活。與此同時，人們對電子產(chǎn)品的使用性能及質(zhì)量也提出了更高的要求，為了使電子產(chǎn)品能夠可靠使用，就需要采用失效分析手段來對電子產(chǎn)品出現(xiàn)失效的原因進行深入分析，了解失效性質(zhì)，并利用各種具有針對性的預防方法，以此防止失效問題的發(fā)生，并進一步改善電子元器件的可靠性與使用性能。如何更好的開展電子元器件失效技術分析已經(jīng)成為電子行業(yè)在發(fā)展過程中迫切需要解決的重要課題，各種信息化工具的出現(xiàn)與應用，也為電子元器件失效分析提供了可靠的技術支持，同時也進一步促進了電子元器件技術的發(fā)展。為此，以下便探討電子元器件失效分析需要遵循的相關原則，了解其具體的操作流程，在此基礎上分析其主要技術手段，闡述了電子元器件失效技術的發(fā)展現(xiàn)狀。

1 電子元器件失效分析應遵循的原則及操作流程

1.1 原則

在對電子元器件失效原因進行分析時，必須要遵循相應的原則來進行操作，只有這樣才能保證電子元器件的完好性。通常而言，在對電子元器件進行失效分析過程中，主要是采取以非破壞性為目的的檢查手段。如果采用常規(guī)的非破壞性檢查手段來對電子元器件進行失效分析時，無法判斷其失效原因，便要采取進一步的操作，以此更加深入的探尋失效原因。對于電子元器件失效分析而言，其整個操作過程便是對失效信息進行獲取的過程，可以說，獲取失效信息是電子元器件失效分析中的核心所在[1]。為了確保電子元器件能夠得到合理的失效分析，使失效原因被遺漏的概率能夠最大限度的降低，就需要按照以下原則來進行操作：首先，需要嚴格按照先制定分析方案，然后執(zhí)行方案這一根本原則來進行操作，也就是針對電子元器件的失效現(xiàn)象，先對具體的失效分析操作步驟、內(nèi)容等進行明確，以此形成相應的分析方案，然后再根據(jù)制定的方案來開展后續(xù)操作，確保失效分析的操作步驟與內(nèi)容能夠與方案保持一致[2]。需要注意的是，應優(yōu)先對電子元器件進行外檢，然后方可對電子元器件進行通電檢查。其次，在對電子元器件進行加電測試時，其電流操作應按照“先弱后強”的原則來執(zhí)行，對電子元器件的失效原因需要先從其外觀、形態(tài)來進行檢查，然后再對電子元器件的內(nèi)部構造進行檢查。在檢查分析時，最初需要保證電子元器件處于靜止狀態(tài)，然后再對電子元器件進行動態(tài)性的檢查。再次，對電子元器件進行失效分析時需要按照“先宏觀后微觀”原則來進行操作，通常需要以普遍化角度來對電子元器件進行失效分析，查看電子元器件的失效原因是否是由普遍問題所引起的，如果不是，則需以特殊化角度來排查電子元器件的失效原因。最后，必須要對失效分析的開展順序與主次對象進行確定，通常需要先結合電子元器件可能存在的主要問題來進行失效分析，在必要時還要對電子元器件進行破壞性檢測，以此查明電子元器件的失效原因[3]。

1.2 程序

在對電子元器件失效原因進行分析時，其分析程序可按分為三類，一類是以非破壞性為目的的分析項目，一類為半破壞性的分析項目，最后一類則為破壞性的分析項目[4]。對于非破壞性的分析項目中，其項目程序依次為外觀檢查、模式確認、檢漏、可動微粒檢測、X 光照相、聲學掃描以及模擬試驗。而對于半破壞性的分析項目中，其項目程序則依次為可動微粒收集或者內(nèi)部氣氛檢測、開封、不加電內(nèi)部檢查（光學· SEM · 微區(qū)成分）、加電內(nèi)部檢查(微探針·熱像·光發(fā)射·電壓襯度像·束感生電流像·電子束探針），需要注意的是，內(nèi)部氣氛檢測和可動微粒收集是存在沖突的。對于破壞性的分析項目，其分析程序為內(nèi)部檢查和加電內(nèi)部檢查，包括去除鈍化層、微探針、聚焦離子束、電子束探針等，然后進行剖切面分析，如聚焦離子束、光學、SEM、TEM。

2 電子元器件失效分析手段研究

2.1 失效診斷

以宏觀角度而言。對于電子元器件出現(xiàn)失效的表現(xiàn)，可以將其劃分為三個類型，一種是連接性的失效，另一種是電子元器件功能的失效，最后一種則是電子元器件中的電參數(shù)出現(xiàn)失效。上述三種電子元器件失效的表現(xiàn)往往具有密切的內(nèi)在聯(lián)系，在對電子元器件進行不以破壞性為目的的檢測分析時，需要根據(jù)標準規(guī)定來對電子元器件施加一定的電應力，以此獲得檢測結果[5]。這種無損式的檢測，不會對電子元器件造成破壞，并且能夠?qū)﹄娮釉骷臉嬙烊毕葸M行準確判定。在對電子元器件進行失效分析時，需要根據(jù)質(zhì)量要求來對電應力進行增加，在此過程中便可能會產(chǎn)生新的失效現(xiàn)象，進而造成電子元器件失效問題發(fā)生進一步惡化?？茖W技術的飛速發(fā)展，使越來越多的電子元器件在市場中得以不斷涌現(xiàn)，與此同時，電子元器件的功能也變得更加豐富，其內(nèi)部構造的復雜性也大幅增加，這在很大程度上提高了電子元器件功能測試的復雜性[6]。通常來說，對電子元器件進行功能測試時，需要采用自動測試設備ATE 來實現(xiàn)。也就是說，根據(jù)其既定功能來對電子元器件的應用條件進行模擬，以便于對電子元器件的運行程序進行科學的編寫，確保電子元器件能夠得到有效的自動測試，然后根據(jù)自動功能測試所得到的數(shù)據(jù)來總結出電子元器件出現(xiàn)失效問題的結論。在對電子元器件的連接性失效進行分析時，其測試工作是比較復雜的，在此過程中要利用端口與待機電流來進行測試，依據(jù)待機電流來對失效因素進行確定，而且這種測試還能為電子元器件程序的后續(xù)運行提供重要的數(shù)據(jù)支持[7]。

2.2 制備和保存樣品

在對電子元器件內(nèi)部構造中的芯片進行失效分析時，應對電子元器件所采用的封裝材料所具有的特性進行全面了解和把握，然后對樣品進行制備和保存，這樣在具體操作過程中能夠有一個堅實的基礎。例如采用去鈍化層技術時，可借助于低導電性和芯片的阻礙作用，以使電子元器件的芯片樣品得到完好的制備與保存。在具體操作過程中雖然沒有對去鈍化層操作提出特殊的要求，不過去鈍化層卻非常容易造成芯片腐蝕，而且其腐蝕的范圍及位置是難以控制的，這便極易導致芯片中的金屬層未鈍化部分及其內(nèi)引線因受到腐蝕而降低失效分析準確性[8]。而通過等離子來對鈍化層進行腐蝕的方法，雖然可避免腐蝕的不可控性，防止嚴重腐蝕問題的發(fā)生，但卻容易出現(xiàn)新的失效問題。所以在具體操作時，必須要嚴格監(jiān)控去鈍化層的整個腐蝕過程，并根據(jù)腐蝕過程中鈍化層的顏色變化情況，以此判斷具體的腐蝕程度，明確其腐蝕速率。

2.3 電性分析

對電子元器件進行電性分析，能夠更加快速的對電子元器件的失效點進行定位。在電性分析手段中，以OBIRCH 技術的應用最為廣泛，該技術具有主動性特征，其通過激光束來感應電子元器件中的材料電阻率，并根據(jù)電阻率的實際變化情況來確定電子元器件內(nèi)部構造中的失效點位置。對于電子元器件材料來說，由于其是由不同材料構成的，這些材料在通電后所產(chǎn)生的電阻率也是不同的，而當某一電路出現(xiàn)故障時，其電阻率勢必會發(fā)生變化，正是依據(jù)這種電阻率的變化，可幫助分析人員快速確定電子元器件中的失效點。除了OBIRCH 技術以外，液晶熱點檢測技術也同樣在電子元器件失效分析中發(fā)揮著很高的應用價值，該技術是利用液晶材料對不同溫度的形態(tài)變化來確定失效點的，當溫度較低時，其會以固態(tài)的形式呈現(xiàn)，而當溫度較高時，液晶材料則會轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，這使得液晶材料會從近晶相向著向列相進行轉(zhuǎn)變，根據(jù)其所呈現(xiàn)出的光學特性變化，即可確定電子元器件中的失效點[9]。

3 電子元器件失效分析技術發(fā)展現(xiàn)狀

在電子元器件失效分析技術中，其關鍵在于對失效點進行定位。不過，就目前來看，隨著電子技術的發(fā)展，電子元器件的構造也變得日益復雜化，集成電路規(guī)模也不斷擴大，而其線寬則變得越來越小，相應的也導致電子元器件的失效現(xiàn)象變得更加復雜且較為特殊，電子元器件的電性分析及失效定位難度也大幅提高，如果分析人員只是通過觀察失效現(xiàn)象，是難以找到失效點的。因此在失效分析過程中，分析人員必須要對集成電路的整體情況進行全面把握，并鎖定集成電路中的電路單元、存儲器等相應的電路模塊，以便于找到各個電路節(jié)點，在此基礎上對接觸、通孔與源進行確定，以此保證失效點的準確定位。除此之外，因電子元器件中集中電路構造的日益復雜化，也進一步增加了互連層數(shù)，這使得延遲較高的情況下，電子元器件中的電路有著極高的工作難度，這也使電路故障常常難以在第一時間發(fā)現(xiàn)，進而對電子元器件的失效分析結果準確性造成一定影響。在此背景下，系統(tǒng)級芯片也由此應運而生，其作為一種新型的技術手段，在失效分析中也正發(fā)揮著越來越重要的作用[10]。

4 結論

總而言之，在電子元器件失效分析中，必須要明確具體的分析思路與程序，掌握相應的失效分析技術手段，以確保失效分析的準確性和可靠性，這樣才能使電子元器件的質(zhì)量控制及運行得到有力的技術支持，從而使電子元器件的各項功能得以正常發(fā)揮。