电子封装失效分析

2019/8/41電子封裝失效分析Failureanalysisonelectronicpackaging2019/8/42一.電子封裝失效分析簡介失效的定義和分類電子產品為何失效失效分析的重要性失效分析的目標失效分析的特點與流程小結2019/8/43失效的定義產品失去(不滿足)指定的功能失效的分類試驗失效,現場失效;完全失效,局部失效突然失效,退化失效;穩態失效,間歇性失效明顯失效,隱藏失效;設計失效,製造失效,應用失效獨立失效,從屬失效;自然失效,人為失效早期失效,隨機失效,老化失效(浴盆曲線)2019/8/44INSTFAILRATE%λINFANTMORTALITYRANDOMFAILURERATEONSETOFW.O.TIME10YrS15Yrs20YrsBEYONDUSEFULLIFEWEAROUTFAILURERATEBATHTUBCURVE2019/8/45電子產品為何失效?設計製造應用人員設備材料方法環境2019/8/46電子產品為何失效?Whydoelectronicsystemsfail(SourceTWI:1995)Dust6%Humidity19%Vibration20%Temperature55%2019/8/47溫度應力:熱膨脹係數失配/金屬間化合物長大/焊料高溫蠕變/散熱不良/等振動應力(機械應力)運輸,使用過程中的振動/壓,拉,跌落等溼度高溼度/冷凝水灰塵灰塵電離/放電/灰塵吸水/細菌,霉蔨2019/8/48可靠性設計(DFR)產品試製,認證產品使用產品製造(過程控制)失效分析的重要性可製造形設計(DFM)測試/失效分析附加值2019/8/49失效分析的重要性第一步檢測第二步質量保證第三步“預防”第四步“完美”完全質量管理•產品質量•檢測,控制•發現缺陷•改正缺陷•QA方法•產品審核•過程審核•防止錯誤•預防性質量管理方法如.FMEA,QFD,QMS•過程控制•系統審核•質量目標包含所有部門,區域•非固定場所員工•所有過程的控制•集成的QA方法2019/8/410失效分析的目標鑒定失效的根本原因最低成本/最短時間/最安全的方案找出責任方哪一方/人員/哪一台設備/哪一個環節產生糾正,改進措施是否可以修復/如何更好控制工藝/是否需要改進設計2019/8/411失效分析特點與流程掌握必備的相關基礎知識(電子,電器,半導體,物理,化學,力學,材料等)了解產品中材料,工藝,可靠性等相關問題了解產品的常見失效模式,失效機理,失效分布等掌握常見失效分析手段,特長及局限性掌握失效分析及質量控制的常用輔助工具基本訓練及技能2019/8/412失效相關信息(1)沒有信息無法進行有效的失效分析需要什麼樣的信息與具體失效事件及分析者的主觀判斷有關隨著分析的進行,常需要更多的信息對信息必須加以小心分析和判斷,因為觀察結果與觀察人員的素質有關信息常帶有觀察者的主觀分析與判斷在明確思想指導下得到的觀察結果具有最高的可靠度例行觀察的結果具有較高的可靠度事後追溯的結果可靠度最低勿輕易相信電測量結果2019/8/413失效相關信息(2)產品設計信息生產工藝信息質量控制信息使用信息以往歷史信息同類產品失效信息圍繞:人,機,料,法,環圍繞:失效影響因素展開2019/8/414樣品及保護一定要有控制樣品(參比樣品)可能時應盡可能收集比較多的及不同程度的樣品確珍失效後,需對樣品提供足夠的保護,以防止進一步破壞對確珍失效過程中使用的技術手段需加以紀錄,並分析診斷手段對樣品可能產生的破壞,以避免干擾進一步分析在分析過程中應避免使用可能對樣品產生進一步破壞的手段,如確需使用,則在診斷結束後,應避免使用該樣品進行進一步分析對可靠性試驗後及現場失效樣品進行電測量,需要留意測量程序是否會導致進一步破壞2019/8/415方案選擇需要思路開闊,有團隊精神標準,規範意識與第三方先非破壞性方案後破壞性方案三思而後行,特別是在做破壞性試驗前可能時使用不同技術手段定位缺陷及位置如有不同類型,不同損傷程度的樣品,選擇合適的樣品開始分析考慮時間及樣品數量因素模拟及再現失效是檢驗假設及獲的更多分析樣品的重要方法掌握失效分析及質量控制的常用輔助工具2019/8/416結果紀錄和分析及時紀錄所有可能的異常現象自我批評精神,显而易見的現象未見得是真正原因,也未見得不是显而易見得現象容易被忽略複雜失效常需要多次分析積累後才能找到真正原因模拟失效可以幫助分析複雜問題統計/樣本/黑鷹詳謬在充分分析以前,勿綜合(無法進一部分析是再綜合)可能時應建立失效得物理模型(弄清楚失效機製)失效分析不能保證100%成功定期評估失效分析結果,建立數據庫2019/8/417具體實例1.一電子模塊在上海地區長期使用性能穩定可靠.出口西伯利亞後發現模塊冷啟動後常出現故障(局部失效),系統工作1小時左右後,可完全恢復正常.通過替換試驗發現失效與模塊上的一雙面直插式集成電路有關.要求設計試驗方案,分析失效原因.2019/8/418解析:首先對此零件做如下試驗:A,低溫試驗結果為ok.B,溼度試驗結果為ok.C,溫度衝擊試驗結果為ok.D,低溫高溫過程(約5-10分鐘)失效E,用清潔劑洗掉表面脏污結果ok.此失效屬局部失效,原因是由於助焊劑,灰塵在冷凝水作用下發生失效對策:1,控制污染的指標2,考慮此元器件對環境污染的敏感度2019/8/419FailureAnalysisFlowforOpenMiscorrelationCheckproductiontestconditionsAForwardtoPackageQREforfurtherstudyOpenPerformX-rayandCSAMYesNoAnypackagedelamination?PackageDelaminationYesNoFunctionaltestverify.Doesitpass?Verifyonbench(Parametricanalyzer,curvetracer)Doesitpass?NoYesPackagedecapFAFLOW2019/8/420FailureAnalysisFlowforOpen(continue)APerformdievisual.Anydefectseen?Bondwireliftedfrompad?Brokenwire?PerformSEM.Iswireshapeabnormal?WirebonddefectOtherdefectsHighmagnificationvisual.Anydefectseen?Iscontaminationordefectsseenonbondpadsurface?PerformSEM/EDXonbondpad/wire.Anydefects?Contamination/defectsonbondpadmetallineaffectedMetalLinerelatedYesYesNoProbingonBondPadNoNoYesYesNoYesOtherdefectsYesYesNoNoNo2019/8/421FailureAnalysisFlowforLeakage/ShortLEAKAGE/SHORTTestverificationPass?CheckproductiontestconditionsWirestouchingortouchtoleadframe?Isleadfingerincontactwithotherleadfinger?NoVerifyatbenchPass?YesLeadframerelateddefectXrayorCSAM.Defectsfound?AMishandling/moldsweepMiscorrelationPackagedecapYesYesYesYesNoNoNoNoOtherdefects2019/8/422APerformlowmagnificationvisual.Anydefect?metallineaffected?Passivation/diecrack?NoYesYesNoYesEMYesMetallinedefectNoOtherdefectsPerformhighmagnificationvisual.Anydefect?NoYesEOS/ESDAnydiscolorationorburntmarks?NoMishandling/moldsweepPassivation/diecrack.WorkwithFab/assemblyQREforfurtheranalysisFailureAnalysisFlowforLeakage/Short(continue)*EM=EmissionMicroscope2019/8/423NoFunctionalYesLeakagefailure?LeakageFAFlowCSAM/X-Ray.AnyAbnormality?CSAM/X-rayF/AFlowNoYesDecapforvisual.Abnormality?AYesNoEOS/KnownDefectFailureAnalysisFlowforFunctionalTestverificationPass?NoYesMiscorrelation2019/8/424Faultisolation(BurnInCodeoranywrittenassemblycodebasedonfailingfunctionalsignature)Failingcharacteristic.ResetFailure?YesANoEmissionMicroscopeAnalysisLiquidCrystalAnalysisBakeEMFlowLiquidCrystalFlowBakeFlowFailureAnalysisFlowforFunctional(continue)2019/8/425總結失效分析為一複雜系統工程,成功的失效分析需要1.擁有富于合作精神,覆蓋多學科的團隊2.熟悉失效分析的特點及思想方法3.熟悉常用的分析手段及各自的特長和局限4.熟悉與失效分析相關的材料,工藝,可靠性等問題5.特別需要注意信息的重要性以及對信息進行分析的重要性6.長期的經驗總結和積累2019/8/426Thankyou!End