淺析電子元器件的失效分析技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2022-03-18作者來(lái)源：薩科微瀏覽：2520

進(jìn)入21世紀(jì)后，電子信息技術(shù)成為最重要的技術(shù)，電子元器件則是電子信息技術(shù)發(fā)展的前提。為了促進(jìn)電子信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，就要提高電子元器件的可靠性，所以就必須了解電子元器件失效的機(jī)理、模式以及分析技術(shù)等。

??1.失效的含義

??失效是指電子元器件出現(xiàn)的故障。各種電子系統(tǒng)或者電子電路的重要組成部分一般是不同類型的元器件，當(dāng)它需要的元器件較多時(shí)，則標(biāo)志其設(shè)備的復(fù)雜程度就較高；反之，則低。一般還會(huì)把電路故障定義為：電路系統(tǒng)規(guī)定功能的喪失。

??2.失效的分類

??根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)失效的分類一般主要有以下幾種歸類法。
??以失效原因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)：主要分為本質(zhì)失效、誤用失效、偶然失效、自然失效等。
??以失效程度為標(biāo)準(zhǔn)：主要分為部分失效、完全失效。
??以失效模式為標(biāo)準(zhǔn)：主要分為無(wú)功能、短路、開(kāi)路等。
??以失效后果的嚴(yán)重程度為標(biāo)準(zhǔn)：主要分為輕度失效、嚴(yán)重失效以及致命失效。
??除上述外，還有多種分類標(biāo)準(zhǔn)，如以失效場(chǎng)合、失效外部表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)等，不在這里一一贅述。

??3.失效的機(jī)理

??電子元器件失效的機(jī)理也有不同分類，通常以其導(dǎo)致原因作為分類依據(jù)，主要可分為下面幾種失效機(jī)理。

??①表層劣化：元器件鈉離子遭污染然后造成溝道出現(xiàn)漏電、γ輻射有損、表面蠕變或擊穿等；

②設(shè)計(jì)問(wèn)題造成的劣化：指單子元器件的電路、版圖以及結(jié)構(gòu)等方面出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題；

③內(nèi)部劣化：是指由CMOS 閉鎖效應(yīng)、二次擊穿、重金屬玷污、中子輻射損傷以及材料問(wèn)題所引發(fā)的瞬間功率過(guò)載、結(jié)構(gòu)性能退化等；

④使用不當(dāng)引起的損壞：指電浪涌損傷、靜電損傷、過(guò)高溫度造成的破壞、干擾信號(hào)導(dǎo)致的故障等；

⑤金屬化系統(tǒng)劣化：是指電子元器件內(nèi)的鋁電遷移、鋁腐蝕、鋁缺口等；

⑥封裝劣化：是指管腿出現(xiàn)腐蝕、漏氣或殼內(nèi)有外來(lái)物導(dǎo)致短路或漏電等。

??4.失效分析的常用方法

??電子元器件失效分析的技術(shù)有很多，但常用的主要有下列幾種，具體介紹如下。

??4.1拔出[敏感詞]法。拔出[敏感詞]法是指通過(guò)對(duì)組件板或者插件板拔出又[敏感詞]的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，以此為根據(jù)，判斷拔出[敏感詞]的連接界面是否就是故障發(fā)生的地方。值得注意的是，采用拔出[敏感詞]法進(jìn)行失效分析時(shí)，在組件板或者插件板拔出又[敏感詞]的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)存在特殊狀況，即狀態(tài)發(fā)生改變的地方有時(shí)不僅是連接接口，還有可能是其他部位。所以在應(yīng)用拔出[敏感詞]法時(shí)，要注意觀察每個(gè)部位及微妙的變化，才能做出正確的判斷。

??4.2感官辨別法。通過(guò)眼觀部件外形、手觸感知部件溫度與軟硬程度、鼻嗅味道、耳聽(tīng)聲音，判斷是否存在異常的方式即為感官辨別法。感官辨別法操作簡(jiǎn)便、省錢，只是能夠辨別的內(nèi)容會(huì)受感官能力的制約。

??4.3電源拉偏法。電源拉偏法是指把正常的電源與電壓拉偏，使其處于非正常狀態(tài)，然后暴露出薄弱環(huán)節(jié)或故障，進(jìn)而可以反映出故障或?yàn)l臨故障的組件、元器件部位。這種方法一般用在由于工作時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致的故障或初步判斷是電網(wǎng)波動(dòng)引發(fā)故障的情況。值得提醒的是，電源拉偏法具有一定的破壞性，使用這種方法前一定要檢查保險(xiǎn)系數(shù)或其他因素，切記勿隨便使用。

??4.4換上備件法。通過(guò)對(duì)被取下值得懷疑的元器件或部件的監(jiān)視，然后把合格的備件換上之后，再對(duì)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比分析，如看其故障現(xiàn)象有無(wú)消失，最后確定故障源點(diǎn)是否處于被取下的部件中，這種方法即為換上備件法。

??以上介紹的是電子元器件失效分析應(yīng)用頻率較高的幾種方法，除此之外，還有靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量法；升高、降低溫度法；敲捏定位法等。

??5.失效分析的思路

??要做到有效地對(duì)電子元器件進(jìn)行失效分析，必須形成清晰的思路。一般對(duì)電子元器件進(jìn)行失效分析主要按這樣的思路進(jìn)行逐步分析：

??①確定是否為失效；

??②明確失效分析的最終目的；

??③從失效現(xiàn)象入手，羅列失效位置的所有疑點(diǎn)；

??④擬定除疑點(diǎn)的方案；對(duì)失效位置逐級(jí)分析；

??⑤設(shè)想并列舉所有可能引起失效部位現(xiàn)象的原因；

??⑥用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)想；

??⑦提出預(yù)防失效的方案并對(duì)之進(jìn)行評(píng)審；

??⑧用事實(shí)檢驗(yàn)預(yù)防失效的方案是否有效；

??⑨真正實(shí)施預(yù)防失效的方案[4]。

??6.失效分析的原則

??對(duì)電子元器件失效分析要遵循相關(guān)的原則，常用的一些原則具體如下。

??6.1先主要后次要的原則。一般是通過(guò)故障影響功能的程度判斷主要次要。在明確了主要次要問(wèn)題后，先解決主要問(wèn)題再解決次要問(wèn)題。
??6.2先方案后操作的原則。在進(jìn)行失效分析時(shí)，分析人員必須先冷靜，在腦里想出解決方案再進(jìn)行操作，切勿盲目操作，再引起其他更大的元器件失效。
??6.3先一般后特殊的原則。先對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)失效的位置進(jìn)行檢查，再檢查較少出現(xiàn)失效的位置。
??6.4先弱電后強(qiáng)電的原則。一般面對(duì)發(fā)生故障的整機(jī)或者出現(xiàn)失效的樣品，在對(duì)其進(jìn)行性能檢測(cè)或者判斷故障部位時(shí)，輸入信號(hào)、電源功率等要視具體情形從弱到強(qiáng)。值得提醒的是，在從弱到強(qiáng)的的整個(gè)變化中，必須密切觀察并把不正常的現(xiàn)象記錄好。此外還要預(yù)防功率過(guò)滿引起突然開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)，造成電力沖擊，最終擾亂失效狀態(tài)，再增加失效分析的困難[5]。
??此外，還有先簡(jiǎn)單后復(fù)雜、先安檢后通電、先宏觀后微觀、先外設(shè)后主機(jī)、先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)、先斷電后換件、先公用后專用等原則。

??7.小結(jié)

??通過(guò)對(duì)電子元器件失效分析技術(shù)的相關(guān)研究，可以了解到電子元器件發(fā)生失效的原因、失效模式、失效機(jī)理及一些分析常用的分析方法等。電子元器件是電子整機(jī)產(chǎn)品的源頭，為了讓電子設(shè)備或電子系統(tǒng)可以正?？煽康剡\(yùn)行，就必須保證電子元器件的可靠性，因此掌握電子元器件失效分析的技術(shù)就變得十分必要。