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第一篇 电子元器件失效分析概论 2

第1章 电子元器件可靠性 2

1.1 电子元器件可靠性基本概念 2

1.1.1 累积失效概率 2

1.1.2 瞬时失效率 3

1.1.3 寿命 5

1.2 电子元器件失效及基本分类 6

1.2.1 按失效机理的分类 7

1.2.2 按失效时间特征的分类 7

1.2.3 按失效后果的分类 8

参考文献 8

第2章 电子元器件失效分析 9

2.1 失效分析的作用和意义 9

2.1.1 失效分析是提高电子元器件可靠性的必要途径 9

2.1.2 失效分析在工程中有具有重要的支撑作用 10

2.1.3 失效分析会产生显著的经济效益 10

2.1.4 小结 11

2.2 开展失效分析的基础 11

2.2.1 具有电子元器件专业基础知识 11

2.2.2 了解和掌握电子元器件失效机理 12

2.2.3 具备必要的技术手段和设备 12

2.3 失效分析的主要内容 13

2.3.1 明确分析对象 14

2.3.2 确认失效模式 14

2.3.3 失效定位和机理分析 14

2.3.4 寻找失效原因 14

2.3.5 提出预防和改进措施 15

2.4 失效分析的一般程序和要求 15

2.4.1 样品信息调查 16

2.4.2 失效样品保护 16

2.4.3 失效分析方案设计 16

2.4.4 外观检查 17

2.4.5 电测试 17

2.4.6 应力试验分析 18

2.4.7 故障模拟分析 18

2.4.8 失效定位分析 18

2.4.9 综合分析 21

2.4.10 失效分析结论和改进建议 21

2.4.11 结果验证 21

2.5 失效分析技术的发展及挑战 22

2.5.1 定位与电特性分析 22

2.5.2 新材料的剥离技术 22

2.5.3 系统级芯片的失效激发 22

2.5.4 微结构及微缺陷成像的物理极限 22

2.5.5 不可见故障的探测 23

2.5.6 验证与测试的有效性 23

2.5.7 加工的全球分散性 23

2.5.8 故障隔离与模拟软件的验证 23

2.5.9 失效分析成本的提高 23

2.5.10 数据的复杂性及大数据量 23

2.6 结语 24

参考文献 24

第二篇 失效分析技术 26

第3章 失效分析中的电测试技术 26

3.1 概述 26

3.2 电阻、电容和电感的测试 27

3.2.1 测试设备 27

3.2.2 电阻测试方法及案例分析 27

3.2.3 电容测试方法及案例分析 29

3.2.4 电感测试方法及案例分析 31

3.3 半导体器件测试 32

3.3.1 测试设备 32

3.3.2 二极管测试方法及案例分析 34

3.3.3 三极管测试方法及案例分析 39

3.3.4 功率MOS的测试方法及案例分析 42

3.4 集成电路测试 46

3.4.1 自动测试设备 46

3.4.2 端口测试技术 47

3.4.3 静电和闩锁测试 49

3.4.4 IDDQ测试 51

3.4.5 复杂集成电路的电测试及定位技术 52

参考文献 53

第4章 显微形貌分析技术 54

4.1 光学显微观察及光学显微镜 54

4.1.1 工作原理 54

4.1.2 主要性能指标 55

4.1.3 用途 56

4.1.4 应用案例 56

4.2 扫描电子显微镜 57

4.2.1 工作原理 57

4.2.2 主要性能指标 59

4.2.3 用途 60

4.2.4 应用案例 60

4.3 透射电子显微镜 61

4.3.1 工作原理 61

4.3.2 主要性能指标 62

4.3.3 用途 63

4.3.4 应用案例 64

4.4 原子力显微镜 65

4.4.1 工作原理 65

4.4.2 主要性能指标 66

4.4.3 用途 66

4.4.4 应用案例 67

参考文献 68

第5章 显微结构分析技术 70

5.1 概述 70

5.2 X射线显微透视技术 70

5.2.1 原理 70

5.2.2 仪器设备 78

5.2.3 分析结果 79

5.2.4 应用案例 80

5.3 扫描声学显微技术 84

5.3.1 原理 84

5.3.2 仪器设备 90

5.3.3 分析结果 90

5.3.4 应用案例 91

参考文献 92

第6章 物理性能探测技术 94

6.1 光探测技术 94

6.1.1 工作原理 94

6.1.2 主要性能指标 96

6.1.3 用途 96

6.1.4 应用案例 97

6.2 电子束探测技术 99

6.2.1 工作原理 99

6.2.2 主要性能指标 101

6.2.3 用途 101

6.2.4 应用案例 101

6.3 磁显微缺陷定位技术 102

6.3.1 工作原理 102

6.3.2 主要性能指标 105

6.3.3 用途 106

6.3.4 应用案例 106

6.4 显微红外热像探测技术 108

6.4.1 工作原理 108

6.4.2 主要性能指标 111

6.4.3 用途 111

6.4.4 应用案例 111

参考文献 113

第7章 微区成分分析技术 114

7.1 概述 114

7.2 俄歇电子能谱仪 114

7.2.1 原理 114

7.2.2 设备和主要指标 115

7.2.3 用途 117

7.2.4 应用案例 120

7.3 二次离子质谱仪 121

7.3.1 原理 121

7.3.2 设备和主要指标 123

7.3.3 用途 125

7.3.4 应用案例 126

7.4 X射线光电子能谱分析仪 128

7.4.1 原理 128

7.4.2 设备和主要指标 129

7.4.3 用途 131

7.4.4 应用案例 132

7.5 傅里叶红外光谱仪 133

7.5.1 原理 133

7.5.2 设备和主要指标 135

7.5.3 用途 138

7.5.4 应用案例 142

7.6 内部气氛分析仪 142

7.6.1 原理 142

7.6.2 设备和主要指标 143

7.6.3 用途 146

7.6.4 应用案例 146

参考文献 147

第8章 应力试验技术 148

8.1 应力影响分析及试验基本原则 148

8.2 温度应力试验 150

8.2.1 高温应力试验 150

8.2.2 低温应力试验 151

8.2.3 温度变化应力试验 152

8.3 温度－湿度应力试验 152

8.3.1 稳态湿热应力试验 152

8.3.2 交变湿热应力试验 153

8.3.3 潮湿敏感性试验 154

8.3.4 应用案例 154

8.4 电学激励试验 155

8.5 振动冲击试验 157

8.6 腐蚀性气体试验 159

参考文献 160

第9章 解剖制样技术 161

9.1 概述 161

9.2 开封技术 162

9.2.1 机械开封 162

9.2.2 化学开封 163

9.2.3 激光开封 165

9.3 芯片剥层技术 167

9.3.1 去钝化层技术 167

9.3.2 去金属化层技术 169

9.4 剖面制样技术 170

9.4.1 金相切片 170

9.4.2 聚焦离子束剖面制样技术 171

9.5 局部电路修改验证技术 173

9.6 芯片减薄技术 174

参考文献 176

第三篇 电子元器件失效分析方法和程序 180

第1 0章 通用元件的失效分析方法和程序 180

10.1 电阻器失效分析方法和程序 180

10.1.1 工艺及结构特点 180

10.1.2 失效模式和机理 183

10.1.3 失效分析方法和程序 186

10.1.4 失效分析案例 189

10.2 电容器失效分析方法和程序 190

10.2.1 工艺及结构特点 191

10.2.2 失效模式和机理 194

10.2.3 失效分析方法和程序 195

10.2.4 失效分析案例 199

10.3 电感器失效分析方法和程序 201

10.3.1 工艺及结构特点 201

10.3.2 失效模式和机理 203

10.3.3 失效分析方法和程序 203

10.3.4 失效分析案例 204

参考文献 205

第11章 机电元件的失效分析方法和程序 206

11.1 电连接器失效分析方法和程序 206

11.1.1 工艺及结构特点 206

11.1.2 失效模式和机理 209

11.1.3 失效分析方法和程序 214

11.1.4 失效分析案例 215

11.2 继电器的失效分析 222

11.2.1 工艺及结构特点 222

11.2.2 失效模式和机理 226

11.2.3 失效分析方法和程序 229

11.2.4 失效分析案例 231

参考文献 237

第12章 分立器件与集成电路的失效分析方法和程序 239

12.1 结构及工艺特点 239

12.1.1 分立器件的主要结构及其生产工艺 239

12.1.2 集成电路的主要结构及其生产工艺 243

12.2 失效模式和机理 246

12.2.1 分立器件的失效模式 246

12.2.2 集成电路的失效模式 247

12.2.3 分立器件的主要失效机理 249

12.2.4 集成电路的主要失效机理 250

12.3 失效分析方法和程序 254

12.3.1 分立器件的失效分析方法和程序 254

12.3.2 集成电路的失效分析方法和程序 256

12.4 失效分析案例 265

12.4.1 分立器件的失效分析案例 265

12.4.2 集成电路的失效分析案例 266

参考文献 269

第13章 混合集成电路的失效分析方法和程序 271

13.1 定义和分类 271

13.1.1 混合集成电路的定义 271

13.1.2 混合集成电路的分类 272

13.2 主要结构、工艺及要求 274

13.2.1 电路基本结构 274

13.2.2 厚膜成膜基片 275

13.2.3 薄膜成膜基片 276

13.2.4 多层布线基片 278

13.2.5 内装元器件 282

13.2.6 元器件组装与互连 282

13.2.7 外壳封装 283

13.3 主要失效模式和机理 285

13.3.1 厚膜基片及互连失效 285

13.3.2 薄膜基片及互连失效 287

13.3.3 元器件与厚膜导体的焊接失效 288

13.3.4 元器件与厚膜导体的黏结失效 290

13.3.5 元器件与薄膜基片的焊接失效 291

13.3.6 基板与外壳的焊接失效 292

13.3.7 气密性封装失效 292

13.3.8 功率电路过热失效 294

13.4 失效分析方法和程序 295

13.4.1 失效样品接收 295

13.4.2 失效信息调查 296

13.4.3 失效分析方案制定 296

13.4.4 非破坏分析 296

13.4.5 破坏分析 297

13.4.6 失效分析报告的编写 298

13.5 失效分析案例 298

参考文献 300

第14章 半导体微波器件的失效分析方法和程序 302

14.1 工艺及结构特点 302

14.1.1 微波分立器件的工艺及结构特点 302

14.1.2 微波单片集成电路的工艺及结构特点 303

14.1.3 微波组件的工艺及结构特点 307

14.2 失效模式和机理 307

14.2.1 微波分立器件的主要失效模式和失效机理 307

14.2.2 微波单片集成电路的主要失效模式和失效机理 308

14.2.3 微波组件的主要失效模式和失效机理 309

14.3 失效分析方法和程序 310

14.4 失效分析案例 311

参考文献 314

第15章 板级组件的失效分析方法和程序 315

15.1 印制板工艺技术概述 315

15.1.1 印制电路技术概论 315

15.1.2 印制电路板失效的主要原因与机理分析 319

15.2 电子组装技术概述 320

15.2.1 电子组装工艺概述 320

15.2.2 焊点形成过程与影响因素 322

15.2.3 焊点缺陷的主要原因与机理分析 323

15.3 板级组件失效分析基本流程 325

15.4 焊点失效分析方法 326

15.5 板级组件的失效分析案例 327

15.5.1 阳极导电丝（CAF）生长失效 327

15.5.2 焊盘坑裂失效 330

15.5.3 孔铜断裂失效 335

参考文献 337

第16章 电真空器件的失效分析方法和程序 338

16.1 工艺结构及工作原理 338

16.1.1 行波管的工艺结构和工作原理 338

16.1.2 磁控管的工艺结构和工作原理 340

16.1.3 速调管的工艺结构和工作原理 343

16.2 失效模式和机理分析 345

16.2.1 行波管的失效模式及机理分析 346

16.2.2 磁控管的失效模式及机理分析 348

16.2.3 速调管的失效模式及机理分析 351

16.3 失效分析方法和程序 353

16.4 失效分析案例 360

参考文献 363

第四篇 电子元器件失效预防 366

第17章 电子元器件失效模式及影响分析方法 366

17.1 FMEA技术背景 366

17.2 电子元器件FMEA方法 369

17.2.1 概述 369

17.2.2 分析目的 369

17.2.3 分析计划 370

17.2.4 分析程序 370

17.2.5 详细要求 371

17.3 元器件FMEA应用案例 378

17.3.1 微波功率管FMEA功能单元划分 378

17.3.2 微波功率管引线键合系统的FMEA分析 381

17.4 小结 382

参考文献 383

第18章 电子元器件故障树分析方法 384

18.1 绪论 384

18.1.1 FTA技术的背景 384

18.1.2 元器件FTA的主题内容 385

18.1.3 元器件FTA的适用范围 385

18.2 模块级产品FTA方法 386

18.2.1 分析目的 386

18.2.2 一般分析程序 386

18.2.3 基于功能逻辑关系的故障树构建 386

18.2.4 故障树简化和模块分解 387

18.2.5 故障树分析 388

18.3 元器件FTA方法 389

18.3.1 元器件FTA的目的 389

18.3.2 基于失效物理的元器件故障树构建 389

18.3.3 元器件故障树简化和模块分解 392

18.3.4 元器件故障树定性分析 392

18.4 元器件FTA的应用 394

18.4.1 针对质量问题归零的元器件FTA方法 394

18.4.2 针对可靠性设计的元器件FTA方法 395

18.4.3 元器件FTA应用案例 396

参考文献 400

第19章 工程应用中电子元器件失效预防方法 401

19.1 潮敏防护 401

19.1.1 潮敏失效 401

19.1.2 潮敏在使用上的防护方法 403

19.1.3 案例 407

19.2 机械损伤防护 409

19.2.1 元器件机械损伤的主要表现 409

19.2.2 元器件机械防护措施 412

19.2.3 案例 413

19.3 腐蚀防护 416

19.3.1 腐蚀机理 416

19.3.2 元器件腐蚀防护措施 417

19.3.3 案例 418

19.4 ESD防护 420

19.4.1 静电的特点及静电防护要求 420

19.4.2 实践中的静电防护及管理措施 423

19.4.3 案例 424

19.5 闩锁防护 426

19.5.1 闩锁效应 426

19.5.2 闩锁发生条件 427

19.5.3 闩锁防护方法 429

19.5.4 案例 433

19.6 假冒翻新防护 434

19.6.1 概述 435

19.6.2 识别技术及案例 437

19.6.3 防范及控制措施 439

19.7 其他防护 440

19.7.1 混装工艺防护 441

19.7.2 灰尘的防护 443

参考文献 445

附录A 英文缩略词及术语 446

附录B 主要符号表 451