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電子器件失效分析及可靠性應用
閱讀：1304 發布時間：2013-1-21
引言:電子可靠性工程概述
一、失效分析基礎
二、典型失效模式
三、典型失效機理
四、器件失效分析流程
五、破壞性物理分析（DPA）介紹
六、靜電損傷
七、CMOS集成電路的閂鎖效應
八、如何和器件供應商交流失效分析
九、典型失效分析案例介紹
十、各類器件的失效模式、機理和可靠應用要點
開展電子可靠性工程工作的意義
中國現在是制造大國，還不是制造強國，為什么？
國內電子廠家經常面臨問題：由于產品問題多導致客戶滿意度下降；價格只是國外競爭對手的幾分之一，利潤低。但是還是競爭不過，競爭力差，為什么？
作為消費者，我們都喜歡買美歐日進口產品，為什么？
重要的原因是：我們的產品質量和可靠性差，國內電子產品和國外的差距不是功能性的差距，而是質量和可靠性上的差距。
質量和可靠性差的主要原因是：設計水平低，缺乏硬件應用經驗，缺乏電子可靠性系統工程方法。
可靠性首先是一門專業技術，然后才是一種管理方式。
我們認為：僅靠個人經驗和責任心是無法根本提高設計水平的，zui主要的是缺乏一套完整的系統方法，“君子授人以魚，不如授人以漁”。
貴公司是否統計過產品的市場返修率和生產一次通過率？
貴公司是否統計過器件的失效率？
貴公司是否有返修率很高的產品或器件？
貴公司是否統計過單位產品的維修成本？
貴公司是否統計過上述損失成本是多少，占銷售收入的比例是多少？
現狀：國內很多電子企業的產品生產一次通過率低于90%，市場返修率高于5%，據此推算，這類企業的質量成本將會達到銷售收入的15%。
提升價值：如果某產品的年產值為1億元，年返修率為5%，直接損失zui低500萬元。據經驗，失效率排在前3位的器件一般占該單板總失效率的80%以上，找出這3個器件的失
效原因，進行改進，則該產品返修率可以在很短時間內降低到1%以下。則失效分析改進帶來的直接收益為400萬元。而間接收益可以達到千萬元以上。
根據我們的經驗，打開電子可靠性工程大門的鑰匙是失效分析。
失效分析可以立即準確解決目前困擾企業zui嚴重的產品問題，效果*，創造明顯的價值。贏得領導和大家的認可，為后續開展可靠性工作贏得必要的支持和投入。
可以積累產品的可靠性設計經驗，提高公司開發水平，為后續產品可靠性打下良好的基礎，真正的提高公司的核心競爭力。
可靠性是一種概率事件。
產品的可靠性是使用的所有器件可靠性的累加。雖然每個器件的失效率僅有幾十個PPM以下，但是單板的失效率卻可以達到百分之幾以上的數據。
雖然某個具體單板上的器件失效不是很平均地表現出來，而是少數器件的失效率很高，而大多數器件的失效率卻很少。但是統計更多的產品和單板時會發現，每個器件都
存在失效的概率，所有器件的失效率趨于平均。
誰也沒有辦法準確預測某個單板上哪些器件的失效率高，哪些器件不會失效。
開展電子可靠性工程工作的意義
實施可靠性的根本方法：
要保證產品的可靠性，*的方法就是考慮單板上所有器件都存在失效可能，并充分考慮這些器件的主要失效機理，并防止這些失效機理的發生。
一個單板上往往有成百上千個器件，每個器件都有多種主要的失效模式和機理，可靠性工程的目標就是掌握和應用所有器件的主要失效機理以及預防措施。
往往zui笨的方法，就是zui有效的方法。
國內電子企業的硬件工程師往往是依靠個人的經歷來積累一些可靠性知識，不可能全面和深入。
公司層面上沒有注重技術積累。意識、考評機制和方法等都比較缺乏。
以上原因造成國內企業和工程師的可靠性技術水平停留在初級的水平，產品可靠性不穩定。
可靠性是概率事件。一個發展中的企業往往沒有足夠的能力去控制產品可靠性。能夠生存下來往往是“幸運”的結果。
但是，幸運不可能伴隨企業的一生。隨著產品的種類和產量不斷擴大，以及時間的推移，不及時提升產品的可靠性，注定會付出慘痛的代價。
可靠性工作在什么階段進行？
概念開發
測試
試產
驗證
生產試產
失效分析，并積累成為電子可靠性工程平臺
器件選用（包括器件搜索、認證和選型）
可靠設計應用（應用CHECKLISH、CBB、規范等的可靠性方法）
對開發測試中出現的器件進行失效分析
對試產和可靠性增長試驗中中出現的器件進行失效分析生產可靠性（ESD、MSD、可加工性）
生產器件失效分析對市場返修單板失效器件進行分析
電子可靠性工程主要內容
通過正確的選型認證來保證構成產品的物料的基本可靠性
物料選型與認證是一項產品工程，是硬件開發活動的重要組成部分。產品一旦選用了某物料，其質量、成本、可采購性基本上60%都已固化，后期的一系列改進、保障策略
所達到的效果只能占到40%，物料選型影響重大。如何確定物料的規格，如何識別不同廠家的物料優劣，如何對物料廠家進行
認證，如何監控物料廠家的質量波動，這些專項技術，在公司都有專業的團隊來進行研究，并有系統化的流程
來保障物料選用，而目前國內廠家普遍比較薄弱，因此從物料選用開始，產品質量就和業界公司拉開了差距，可以
說是輸在了起跑線上。
企業需要建立各類器件的認證規范和選型指導書，提升器件選用過程的效率和質量。
通過正確的選型認證來保證構成產品的物料的基本可靠性
通過正確合理的設計方法保證應用可靠性
常用的可靠性設計方法有如下14種，在產品開發過程中，這些方面都要考慮到，包括借助相應的仿真工具進行分析，才能夠保證設計的產品的可靠性。
1）可靠性預計與FEMA
2）可靠性指標論證、分配與冗余設計
3）電應力防護設計
4）ESD防護設計
5）降額設計
6）信號完整性分析
7）EMC設計
8）熱分析和設計
9）容差分析
10）安全設計
11）可生產性設計
12）升額設計
13）環境適應性設計
14）壽命與可維護性設計
的大公司，對這些設計方法均有專業團隊來保障。國內企業如果要提高其可靠性設計水平，應該建立自己的設計準則庫（checklist）、標準電路庫（CBB）和各種
專項設計規范。使其形成公司的可靠性工程平臺，不斷積累和提升公司研發能力。
在加工維護過程中保證不引入對器件的損傷ESD，產品線的ESD控制水平是多少？
MSD,器件的潮濕敏感等級有幾級？
造成0603表貼電阻失效的主要原因是什么？
在生產加工過程中，影響可靠性的zui主要的因素是ESD、MSD和工藝可靠性，這三方面的控制技術目前發展得較為成熟，也有對應的標準，但是國內很多廠家還做得不夠
完善，象ESD控制不好引發的可靠性問題，往往是在產品到用戶手里半年以上會大量爆發。因此怎樣控制加工過程，保證對不引入對器件的損傷需要引起重視。在產品維護保
養過程中同樣要考慮可靠性問題，避免引入對產品的損傷。國內電子企業應該建立或完善內部規范和操作指導書。
流程保障
電子產品可靠性工程是非常嚴謹的系統工程，需要、明確的流程來保證。可靠性保障流程主要有三個：
1）物料選型和認證流程，包括物料選型，物料認證，供應商認證，供應商質量控制等方面；
2）產品開發中的可靠性設計流程，在產品開發過程中保證上文提到的14種方法的使用以及明確評審要求，通過可靠性設計來保證產品的可靠性。
3）FRACAS流程，通過對故障數據的分析處理，找出異常問題，啟動根本原因分析，找到解決措施和預防措施，使所有問題都能夠閉環，以保證產品的可靠性。
一、失效分析基礎
二、典型失效模式
三、典型失效機理
四、器件失效分析流程
五、破壞性物理分析（DPA）介紹
六、靜電損傷
七、CMOS集成電路的閂鎖效應
八、如何和器件供應商交流失效分析
九、典型失效分析案例介紹
十、各類器件的失效模式、機理和可靠應用要點
開展電子可靠性工程工作的意義
中國現在是制造大國，還不是制造強國，為什么？
國內電子廠家經常面臨問題：由于產品問題多導致客戶滿意度下降；價格只是國外競爭對手的幾分之一，利潤低。但是還是競爭不過，競爭力差，為什么？
作為消費者，我們都喜歡買美歐日進口產品，為什么？
重要的原因是：我們的產品質量和可靠性差，國內電子產品和國外的差距不是功能性的差距，而是質量和可靠性上的差距。
質量和可靠性差的主要原因是：設計水平低，缺乏硬件應用經驗，缺乏電子可靠性系統工程方法。
可靠性首先是一門專業技術，然后才是一種管理方式。
我們認為：僅靠個人經驗和責任心是無法根本提高設計水平的，zui主要的是缺乏一套完整的系統方法，“君子授人以魚，不如授人以漁”。
貴公司是否統計過產品的市場返修率和生產一次通過率？
貴公司是否統計過器件的失效率？
貴公司是否有返修率很高的產品或器件？
貴公司是否統計過單位產品的維修成本？
貴公司是否統計過上述損失成本是多少，占銷售收入的比例是多少？
現狀：國內很多電子企業的產品生產一次通過率低于90%，市場返修率高于5%，據此推算，這類企業的質量成本將會達到銷售收入的15%。
提升價值：如果某產品的年產值為1億元，年返修率為5%，直接損失zui低500萬元。據經驗，失效率排在前3位的器件一般占該單板總失效率的80%以上，找出這3個器件的失
效原因，進行改進，則該產品返修率可以在很短時間內降低到1%以下。則失效分析改進帶來的直接收益為400萬元。而間接收益可以達到千萬元以上。
根據我們的經驗，打開電子可靠性工程大門的鑰匙是失效分析。
失效分析可以立即準確解決目前困擾企業zui嚴重的產品問題，效果*，創造明顯的價值。贏得領導和大家的認可，為后續開展可靠性工作贏得必要的支持和投入。
可以積累產品的可靠性設計經驗，提高公司開發水平，為后續產品可靠性打下良好的基礎，真正的提高公司的核心競爭力。
可靠性是一種概率事件。
產品的可靠性是使用的所有器件可靠性的累加。雖然每個器件的失效率僅有幾十個PPM以下，但是單板的失效率卻可以達到百分之幾以上的數據。
雖然某個具體單板上的器件失效不是很平均地表現出來，而是少數器件的失效率很高，而大多數器件的失效率卻很少。但是統計更多的產品和單板時會發現，每個器件都
存在失效的概率，所有器件的失效率趨于平均。
誰也沒有辦法準確預測某個單板上哪些器件的失效率高，哪些器件不會失效。
開展電子可靠性工程工作的意義
實施可靠性的根本方法：
要保證產品的可靠性，*的方法就是考慮單板上所有器件都存在失效可能，并充分考慮這些器件的主要失效機理，并防止這些失效機理的發生。
一個單板上往往有成百上千個器件，每個器件都有多種主要的失效模式和機理，可靠性工程的目標就是掌握和應用所有器件的主要失效機理以及預防措施。
往往zui笨的方法，就是zui有效的方法。
國內電子企業的硬件工程師往往是依靠個人的經歷來積累一些可靠性知識，不可能全面和深入。
公司層面上沒有注重技術積累。意識、考評機制和方法等都比較缺乏。
以上原因造成國內企業和工程師的可靠性技術水平停留在初級的水平，產品可靠性不穩定。
可靠性是概率事件。一個發展中的企業往往沒有足夠的能力去控制產品可靠性。能夠生存下來往往是“幸運”的結果。
但是，幸運不可能伴隨企業的一生。隨著產品的種類和產量不斷擴大，以及時間的推移，不及時提升產品的可靠性，注定會付出慘痛的代價。
可靠性工作在什么階段進行？
概念開發
測試
試產
驗證
生產試產
失效分析，并積累成為電子可靠性工程平臺
器件選用（包括器件搜索、認證和選型）
可靠設計應用（應用CHECKLISH、CBB、規范等的可靠性方法）
對開發測試中出現的器件進行失效分析
對試產和可靠性增長試驗中中出現的器件進行失效分析生產可靠性（ESD、MSD、可加工性）
生產器件失效分析對市場返修單板失效器件進行分析
電子可靠性工程主要內容
通過正確的選型認證來保證構成產品的物料的基本可靠性
物料選型與認證是一項產品工程，是硬件開發活動的重要組成部分。產品一旦選用了某物料，其質量、成本、可采購性基本上60%都已固化，后期的一系列改進、保障策略
所達到的效果只能占到40%，物料選型影響重大。如何確定物料的規格，如何識別不同廠家的物料優劣，如何對物料廠家進行
認證，如何監控物料廠家的質量波動，這些專項技術，在公司都有專業的團隊來進行研究，并有系統化的流程
來保障物料選用，而目前國內廠家普遍比較薄弱，因此從物料選用開始，產品質量就和業界公司拉開了差距，可以
說是輸在了起跑線上。
企業需要建立各類器件的認證規范和選型指導書，提升器件選用過程的效率和質量。
通過正確的選型認證來保證構成產品的物料的基本可靠性
通過正確合理的設計方法保證應用可靠性
常用的可靠性設計方法有如下14種，在產品開發過程中，這些方面都要考慮到，包括借助相應的仿真工具進行分析，才能夠保證設計的產品的可靠性。
1）可靠性預計與FEMA
2）可靠性指標論證、分配與冗余設計
3）電應力防護設計
4）ESD防護設計
5）降額設計
6）信號完整性分析
7）EMC設計
8）熱分析和設計
9）容差分析
10）安全設計
11）可生產性設計
12）升額設計
13）環境適應性設計
14）壽命與可維護性設計
的大公司，對這些設計方法均有專業團隊來保障。國內企業如果要提高其可靠性設計水平，應該建立自己的設計準則庫（checklist）、標準電路庫（CBB）和各種
專項設計規范。使其形成公司的可靠性工程平臺，不斷積累和提升公司研發能力。
在加工維護過程中保證不引入對器件的損傷ESD，產品線的ESD控制水平是多少？
MSD,器件的潮濕敏感等級有幾級？
造成0603表貼電阻失效的主要原因是什么？
在生產加工過程中，影響可靠性的zui主要的因素是ESD、MSD和工藝可靠性，這三方面的控制技術目前發展得較為成熟，也有對應的標準，但是國內很多廠家還做得不夠
完善，象ESD控制不好引發的可靠性問題，往往是在產品到用戶手里半年以上會大量爆發。因此怎樣控制加工過程，保證對不引入對器件的損傷需要引起重視。在產品維護保
養過程中同樣要考慮可靠性問題，避免引入對產品的損傷。國內電子企業應該建立或完善內部規范和操作指導書。
流程保障
電子產品可靠性工程是非常嚴謹的系統工程，需要、明確的流程來保證。可靠性保障流程主要有三個：
1）物料選型和認證流程，包括物料選型，物料認證，供應商認證，供應商質量控制等方面；
2）產品開發中的可靠性設計流程，在產品開發過程中保證上文提到的14種方法的使用以及明確評審要求，通過可靠性設計來保證產品的可靠性。
3）FRACAS流程，通過對故障數據的分析處理，找出異常問題，啟動根本原因分析，找到解決措施和預防措施，使所有問題都能夠閉環，以保證產品的可靠性。