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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