电子器件的失效分析new

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1、第２７卷增刊半导体学报犞狅犾．２７犛狌狆狆犾犲犿犲狀狋２００６年１２月犆犎犐犖犈犛犈犑犗犝犚犖犃犔犗犉犛犈犕犐犆犗犖犇犝犆犜犗犚犛犇犲犮．，２００６电子器件的失效分析王开建李国良张均王靖（贵州大学信息工程系，贵阳５５０００４）摘要：为了研究材料晶体形态与器件性能的关系及其形成机理，寻求提高器件质量的依据，利用显微设备、电子探针等对电子器件引脚可焊接性极差的失效现象进行了分析．关键词：电子；元件；失效；检测犈犈犃犆犆：０１７０犖；２５６０中图分类号：犜犖３０７文献标识码：犃文章编号：０２５３４１７７（２００６）犛００２９５０４内部失效的主要表现形式是器件易烧坏或者器件不１引言能正常使用

2、．其原因有加工缺陷、加工工艺不当、划伤、腐蚀和氧化、材料缺陷等．器件外部引线失效的随着电子信息技术的飞速发展，电子设备在各主要形式是外引线断腿和可焊性差．外引线断腿主个领域的应用日益广泛，对电子产品提出了更高的要原因是锈蚀斑点、应力作用、晶体粗大、金属镀层要求．长寿命、高可靠性电子器件，一方面取决于材质量不好、组织缺陷等．料的化学成分和宏观缺陷的影响，另一方面与材料的微观组织、结构分布和器件的失效机理有着密切３电子器件的失效分析方法的关系．因此，人们开始注意电子材料与器件的微观［１］结构和失效机理方面的联系，这对提高器件的成进行电子器件的失效分析，可根据失效的形式品率、可靠性和促进电子技术的

3、高速发展，都具有十和设备的条件进行．除应用镜检和电学测量等一般分重要的意义．分析方法外，往往需要进一步作理化分析，如扫描电即使是在相同工艺条件下，制造器件的成品率镜、电子探针、离子探针、犡射线衍射和形貌照像、往往也相差很大，从而促使人们对材料质量作进一光电子能谱、俄歇能谱、红外显微镜、红外热分析、氦步深入地研究，发现影响器件性能比较严重的因素质谱检漏等方法．还有其他一些内在质量，如氧、碳、重金属杂质，电导本文仅针对器件外部引线缺陷介绍常见的一些率的微区不均匀性，微缺陷，热氧化层错，杂质补偿失效现象和失效机理，尤其是对可焊性非常不好的［２］器件进行了较详细的分析．度等．因此，积极开展材料与器件

4、性能关系的研究工作，探索各种晶体缺陷的形成机理、分布特点、存在形态、相互作用及其在器件工艺过程中的变化规４外引线失效分析律，分析它们对器件性能的影响，是一个重要的研究课题．４．１外引线断腿本文根据实践中遇到的电子器件的失效现象，对失效的主要形式进行了分类．并以其中一个电子多年来，半导体器件外引线断腿是生产中的一器件的失效分析为例，对电子器件的失效原因进行个普遍存在的质量问题，因断脚而失效的器件很多．了探讨．外引线断裂多发生在管脚根部，用显微镜观察裂纹的起源多为锈蚀斑点，逐渐发展为贯穿直径的２电子器件失效的主要形式断裂．裂纹开始沿晶界开裂，后蔓延成穿晶裂纹．这是符合断裂力学条件的，这种沿晶界开

5、裂，后蔓延成电子器件失效的主要形式有两大类：一类是器穿晶裂纹的现象称为解理断裂．根据各种金属的成件内部失效，另一类是器件外部即外引线失效．器件分不同，其解理面也不一样．另外，主干裂纹延伸的通信作者．犈犿犪犻犾：犽犼狑犪狀犵１＠狊犻狀犪．犮狅犿２００５１０１１收到，２００６０１１６定稿２００６中国电子学会２９６半导体学报第２７卷同时还有若干分枝同时发展，裂纹的纵深一般较宽的失效件，图１（犫）是同一个试样的心部高倍组织．度大若干数量级，主裂纹走向与拉应力方向垂直，分图２（犪）是可焊性很好的对比件，图２（犫）是同一个试枝则与拉应力呈一定角度．用扫描电镜观察断腿的样的心部高倍组织．自然断

6、口，可以看到明显的脆性断裂特征．断口形貌特点多为准解理断裂，有大量的河流花样，有的呈鱼骨花样，覆盖在断口上的腐蚀物有泥纹花样，腐蚀坑周围有球状及壳状产物．经犡射线能谱分析还可以看见：断口上的球状、壳状产物及泥纹花样皆含氯元素．锈斑轻微处多呈球状产物，氯含量较低．较严重处（裂纹源）有腐蚀坑，并为泥纹所覆盖，氯含量最高．故在断口上可以看到不同形状的腐蚀产物同时并存．造成外引线生锈断腿的原因，除材料本身存在的质量问题外（如晶粒粗大且大小不均匀等），外引线经多次测试，承受多次弯折，根部受变形和相应的拉力较严重，并在与玻璃烧结和热压时又叠加上热应力；镀金层质量不好（如有针孔，厚度不匀，起皮脱落，局部未

7、镀上等）、表面划伤和可伐管的焊料渗透造成的缝隙处，在外引线酸洗时以及包装、存放、使用过程中，极易受到污染（包括手汗的沾污）而残留犆犐－和犎＋等，它们浓缩后引起原电池孔蚀———锈斑，以此为源在应力作用下，形成应力腐蚀开裂，尤其在潮湿环境中，－和犎＋的应力腐蚀作用更大．这些都是外引线断犆犐腿的原因，对此人们研究的较多．图１失效件的显微照片（犪）１５％盐酸浸蚀（２００×）；（犫）经电镜分析还可以看见：断口上有一些组