电子元器件失效性分析.doc
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电子元器件失效分析技术
第一讲 失效物理的概念
? 失效定义
失效的概念
1 特性剧烈或缓慢变化
2 不能正常工作
? 失效种类
1 致命性失效：如过电应力损伤
2 缓慢退化：如MESFET的IDSS下降
3 间歇失效：如塑封器件随温度变化间歇失效
失效物理的概念
??定义：研究电子元器件失效机理的学科
??失效物理与器件物理的区别
??失效物理的用途
失效物理的定义
??定义：研究电子元器件失效机理的学科
??失效机理：失效的物理化学根源
??举例：金属电迁移
金属电迁移
? 失效模式：金属互连线电阻值增大或开路
? 失效机理：电子风效应
? 产生条件：电流密度大于10E5A/cm2
高温
? 纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜，
降低工作温度，减少阶梯，铜互连、平面化工艺
失效物理与器件物理的区别
??撤销应力后电特性的可恢复性
??时间性
失效物理的用途
1 失效分析：确定产品的失效模式、失效机
理，提出纠正措施，防止失效重复出现
2 可靠性评价：根据失效物理模型，确定模
拟试验方法，评价产品的可靠性
可靠性评价的主要内容
??产品抗各种应力的能力
??产品平均寿命
失效物理模型
? 应力－强度模型
失效原因： 应力强度
强度随时间缓慢减小
如:过电应力（EOS）、静电放电（静电放电 ESD）、闩锁
（latch up)
? 应力－时间模型（反应论模型）
失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超差。
如金属电迁移、腐蚀、热疲劳
应力－强度模型的应用
??器件抗静电放电（ESD）能力的测试
温度应力－时间模型
E
dM
dt
?
Ae
?kT
T高，反应速率大，寿命短
E大，反应速率小，寿命长
温度应力的时间累积效应
M
t
?
M
0
?
Ae
?
E
kT
(t
?
t
0
)
失效原因：温度应力的时间累积效
应，特性变化超差
与力学公式类比
dM
dt
?
Ae
?
E
kT
dv
dt
?
F
m
M
t
?
M
0
?
Ae
?
E
kT
(t
?
t
0
)
mvt
?
mv0
?
F (t
?
t0)
失效物理模型小结
??应力－强度模型与断裂力学模型相似，不
考虑激活能和时间效应，适用于偶然失效
和致命性失效，失效过程短，特性变化快
，属剧烈变化，失效现象明显
??应力－时间模型（反应论模型）与牛顿力
学模型相似，考虑激活能和时间效应，适
用于缓慢退化，失效现象不明显
应力－时间模型的应用：预计元器
件平均寿命
??1求激活能 E
Ln L2
L
ln
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