半导体失效分析介绍
芯片开封Decap Decap即开封，也称开盖，开帽，指给完整封装的IC做局部腐蚀，使得IC可以暴露出来，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备，方便观察或做其他测试（如FIB，EMMI）， Decap后功能正常。服务范围：芯片开封，环氧树脂去除，IGBT硅胶去除，样品剪薄服务内容：1.IC开封（正面/背面） QFP， QFN， SOT，TO， DIP，BGA，COB等 2.样品减薄（陶瓷，金属除外） 3.激光打标
无损检测X-Ray X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。服务范围：产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测服务内容：1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板 2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况 3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷 无损检测3D X-Ray X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。服务范围：产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测服务内容：1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板 2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况 3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷 无损检测超声波扫描显微SAT 超声波扫描显微镜的应用领域半导体电子行业：半导体晶圆片、封装器件、大功率器件IGBT、红外器件、光电传感器件、SMT贴片器件、MEMS等;材料行业：复合材料、镀膜、电镀、注塑、合金、超导材料、陶瓷、金属焊接、摩擦界面等；生物医学：活体细胞动态研究、骨骼、血管的研究等.塑料封装IC、晶片、PCB、LED超声波扫描显微镜应用范围：超声波显微镜的在失效分析中的优势非破坏性、无损检测材料或IC芯片内部结构可分层扫描、多层扫描实施、直观的图像及分析缺陷的测量及缺陷面积和数量统计可显示材料内部的三维图像对人体是没有伤害的可检测各种缺陷（裂纹、分层、夹杂物、附着物、空洞、孔洞等） 无损检测IV 验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。比如电压-电流。集成电路失效分析流程中，I/V Curve的量测往往是非破坏分析的第二步（外观检查排在第一步），可见Curve量测的重要性。服务范围：封装测试厂，SMT领域等服务内容：1.Open/Short Test 2.I/V Curve Analysis 3.Idd Measuring 4.Powered Leakage（漏电）Test 喷金镀膜 们平时在做FIB或者SEM时会遇到这样的问题，因为设备适用于导电性良好的材料成像或加工，对于材料导电性一般或不导电的材料应该如何测试加工呢？这个时候我们可以用一些方法辅助增加材料的导电性，比如为材料喷金，镀pt，粘导电胶等等，除了设备本身自带的功能外，还可以用镀膜机来处理样品。镀膜机操作简单，费用低廉。可以为样品表面增加导电材料。北软检测失效分析实验室镀膜机，是一款多功能紧凑型机械泵磁控离子真空镀膜系统，对于FIB/SEM样品制备及其它镀膜应用非常理想。直径为165mm/6.5”的腔室可容纳多种需要镀导电膜的样品 – 尤其用于在FIB/SEM应用中提高成像质量。各种镀膜材质选择：金 – 常规SEM应用时使用最普遍的靶材；溅射速度快且导电效果最好。 银 – 高导电性且具有高的二次电子发射率。溅射上去的银易于去除，可使样品成像后还原到其原来状态。 铂 – 在机械泵抽真空的溅射镀膜系统中它的颗粒尺寸最小，且具有优良的二次电子发射能力。 钯 – 用于x射线能谱分析非常理想，因其谱线分布冲突相对较低。 金/钯合金（80:20%） - 通过限制沉积期间金颗粒的团聚，钯可提高最终分辨率。 碳丝蒸镀 – 碳丝蒸镀过程的闪蒸特性及快速更换碳丝的能力，使其处理样品速度非常快。 碳棒蒸发 – 用于需要减慢速度但可控性更好的蒸发过程，可制备更趋向无定形的碳膜。 聚焦离子束显微镜FIB FIB（聚焦离子束，Focused Ion beam）是将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像，此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似，或用强电流离子束对表面原子进行剥离，以完成微、纳米级表面形貌加工。服务范围：工业和理论材料研究，半导体，数据存储，自然资源等领域服务内容：1.芯片电路修改和布局验证 2.Cross-Section截面分析 3.Probing Pad 4.定点切割 微光显微镜EMMI 对于故障分析而言，微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination会放出光子（Photon）。如在P-N结加偏压，此时N阱的电子很容易扩散到P阱，而P的空穴也容易扩散至N，然后与P端的空穴（或N端的电子）做EHP Recombination。服务范围：故障点定位、寻找近红外波段发光点服务内容：1.P-N接面漏电；P-N接面崩溃 2.饱和区晶体管的热电子 3.氧化层漏电流产生的光子激发 4.Latch up、Gate Oxide Defect、Junction Leakage、Hot Carriers Effect、ESD等问题 扫描电镜SEM SEM形貌观测扫描电镜（SEM）可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。服务范围：军工，航天，半导体，先进材料等服务内容：1.材料表面形貌分析，微区形貌观察 2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析 3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析 4.纳米尺寸量测及标示 能谱成分分析EDX EDX成分分析EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜（SEM）使用，可以对样品进行微区成分分析。服务范围：军工，航天，半导体，先进材料等服务内容：微区成分定性分析，分析成分及大概比例 显微镜分析OM 金相显微镜分析：可用来进行器件外观及失效部位的表面形状，尺寸，结构，缺陷等观察。金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。服务范围：可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用服务内容：1.样品外观、形貌检测 2.制备样片的金相显微分析 3.各种缺陷的查找体视显微镜，亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器，从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，成像是直立的，便于操作和解剖。视场直径大，但观察物要求放大倍率在200倍以下。服务范围：电子精密部件装配检修，纺织业的品质控制、文物 、邮票的辅助鉴别及各种物质表面观察服务内容：1.样品外观、形貌检测 2.制备样片的观察分析 3.封装开帽后的检查分析 4.晶体管点焊、检查 探针测试Probe 探针台主要应用于半导体行业、光电行业。针对集成电路以及封装的测试。 广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发，旨在确保质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。服务范围：8寸以内Wafer，IC测试，IC设计等服务内容：1.微小连接点信号引出 2.失效分析失效确认 3.FIB电路修改后电学特性确认 4.晶圆可靠性验证体视显微镜，亦称实体显微镜或解剖镜。是一种具有正像立体感的目视仪器，从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，成像是直立的，便于操作和解剖。视场直径大，但观察物要求放大倍率在200倍以下。服务范围：电子精密部件装配检修，纺织业的品质控制、文物 、邮票的辅助鉴别及各种物质表面观察服务内容：1.样品外观、形貌检测 2.制备样片的观察分析 3.封装开帽后的检查分析 4.晶体管点焊、检查 硬针（全新） 型号 钨材质针须直径 针尖直径 针须长度T-4-5 5 微米 <0.2微米 0.13" （3.3mm）T-4-10 10微米 <0.2微米 0.13" （3.3mm）T-4-22 22微米 <2.0微米 0.20" （5.1mm）T-4-35 35微米 <4.0微米 0.20" （5.1mm）T-4-60 60微米 <6.0微米 0.20" （5.1mm）T-4-125 125微米 <10.0微米 0.20" （5.1mm） 软针/牛毛针（全新） 型号 钨材质针须直径 针尖直径 针须长度T-4-5 5 微米 <0.2微米 0.13" (3.3mm)T-4-10 10微米 <0.2微米 0.13" (3.3mm)T-4-22 22微米 <2.0微米 0.20" (5.1mm)T-4-35 35微米 <4.0微米 0.20" (5.1mm)T-4-60 60微米 <6.0微米 0.20" (5.1mm)T-4-125 125微米 <10.0微米 0.20" (5.1mm) 切割制样 可以预置程序定位切割不同尺寸的各种材料，可以高速自动切割材料，提高样品生产量。其微处理系统可以根据材料的材质、厚度等调整步进电动机的切割距离、力度、样品输入比率和自动进刀比率。服务范围：各种材料，各种厚度式样切割服务内容：1.通过样品冷埋注塑获得样品的标准切面 2.小型样品的精密切割 Rie RIE是干蚀刻的一种，这种蚀刻的原理是，当在平板电极之间施加10～100MHZ的高频电压（RF，radio frequency）时会产生数百微米厚的离子层（ion sheath），在其中放入试样，离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻，此即为RIE（Reactive Ion Etching）。 服务范围：半导体，材料化学等 服务内容：1.用于对使用氟基化学的材料进行各向同性和各向异性蚀刻，其中包括碳、环氧树脂、石墨、铟、钼、氮氧化物、光阻剂、聚酰亚胺、石英、硅、氧化物、氮化物、钽、氮化钽、氮化钛、钨钛以及钨 2.器件表面图形的刻蚀 Dry Etching Dry Etching干法刻蚀,并从各向同性和各向异性的角度对Wet Etching湿法刻蚀进行分类介绍,从物理和化学的角度对Dry Etching干法刻蚀 去铜制程 当集成电路芯片持续往轻、薄、短、小及高密度方向发展时，对缺陷的容忍度也相对降低，随着集成电路器件密集度的提高，单位芯片的面积也越来越小，原本不会影响良率的缺陷却变成了良率的致命杀手．因此，要得到较高的良率必须设法降低缺陷的密度．当技术节点达到0.13μm及以下时，铜以其具有较小的电阻及较好的电迁移性质逐渐取代铝作为连线材料引．由于铜的难蚀刻，所以不能采用传统的铝制程的刻蚀工艺...... 去金属层（AL） 半导体检测实验室，能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作，开展从底层芯片到实际产品，从物理到逻辑全面的检测工作，提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务，同时可开展模拟重现智能产品失效的现象，找出失效原因的失效分析检测服务，主要包括点针工作站（Probe Station）、反应离子刻蚀（RIE）、微漏电侦测系统（EMMI）、X-Ray检测，缺陷切割观察系统（FIB系统）等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析，为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。咨询13488683602 微信icfa88 去Polyimide 聚酰亚胺(Polyimide，有时简写为PI)，是综合性能最佳的有机高分子材料之一。其耐高温达400°C以上 ，长期使用温度范围-200~300°C，部分无明显熔点，高绝缘性能 去Poly 在集成电路设计领域，POLY表示多晶材料(通常是多晶硅)的区域 去绝缘层 芯片表面绝缘层厚度对石墨烯散热效果的影响摘要随着晶体管和集成电路尺寸的减小及密度的增加,芯片级的功率密度和空间分布给热管理带来了极大挑战...... 去保护层 一般芯片表面保护层都是钝化层，材质为二氧化硅 氮化硅 rie就可以去 去Substrate 基材。多为硬质或软质绝缘板材，用于承载印制导电图形 去BGA上的PCB板 半导体检测实验室，能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作，开展从底层芯片到实际产品，从物理到逻辑全面的检测工作，提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务，同时可开展模拟重现智能产品失效的现象，找出失效原因的失效分析检测服务，主要包括点针工作站（Probe Station）、反应离子刻蚀（RIE）、微漏电侦测系统（EMMI）、X-Ray检测，缺陷切割观察系统（FIB系统）等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析，为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。咨询13488683602 微信icfa88 封装 IC Backside研磨 透过自动研磨机，从芯片背面进行研磨将Si基材磨薄至特定厚度后再进行抛光。主要目的在使后续的EMMI或OBIRCH可以顺利从芯片背面进行分析 定点研磨 适用于高精微（光镜，SEM，TEM，AFM，ETC）样品的半自动准备加工研磨抛光，模块化制备研磨，平行抛光，精确角抛光，定址抛光或几种方式结合抛光。服务范围：主要应用于半导体元器件失效分析，IC反向服务内容：1.断面精细研磨及抛光 2.芯片工艺分析 3.失效点的查找 非定点研磨 适用于高精微（光镜，SEM，TEM，AFM，ETC）样品的半自动准备加工研磨抛光，模块化制备研磨，平行抛光，精确角抛光，定址抛光或几种方式结合抛光。服务范围：主要应用于半导体元器件失效分析，IC反向服务内容：1.断面精细研磨及抛光 2.芯片工艺分析 3.失效点的查找 高温存储 适用于工业产品高温、低温的可靠性试验。对电子电工、汽车电子、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研单位等相关产品的零部件及材料在高温、低温（交变）循环变化的情况下，检验其各项性能指标。服务范围：电工、电子、仪器仪表及其它产品、零部件及材料服务内容：1.高温储存 2.低温储存 3.温湿度储存 低温存储 适用于工业产品高温、低温的可靠性试验。对电子电工、汽车电子、航空航天、船舶兵器、高等院校、科研单位等相关产品的零部件及材料在高温、低温（交变）循环变化的情况下，检验其各项性能指标。服务范围：电工、电子、仪器仪表及其它产品、零部件及材料服务内容：1.高温储存 2.低温储存 3.温湿度储存 化学开封，激光开封 Acid Decap，又叫化学开封，是用化学的方法，即浓硫酸及发烟硝酸将塑封料去除的设备。通过用酸腐蚀芯片表面覆盖的塑料能够暴露出任何一种塑料IC封装内的芯片。去除塑料的过程又快又安全，并且产生干净无腐蚀的芯片表面。服务范围：常规塑封器件的开帽分析包括铜线开封服务内容：1.芯片开封（正面/背面） 2.IC蚀刻，塑封体去除 电磁注入检测 在芯片正确执行密码运算过程中，定位被测芯片程序运行的某一特定时刻，注入合适能量的电磁脉冲，使芯片的运行产生非预期错误，并分析这些获取到的非预期错误是否会造成芯片中敏感信息的泄露。 服务内容：1.电磁操纵 2.差分错误分析 电压毛刺检测 在芯片正确执行密码运算过程中，或在芯片电源RST、CLK、 I/O引脚上注入合适深度和合适宽度的毛刺，使芯片的运行产生非预期错误，并分析这些获取到的非预期错误是否会造成芯片中敏感信息的泄露。服务内容：1.电源操纵攻击 2.其他操纵攻击 3.差分错误分析 激光注入检测 对芯片进行开封处理后，在芯片正确执行密码运算过程中，通过显微镜定位被攻击芯片表面某一特定区域，通过示波器等观察设备定位密码算法运行的某一特定时刻，注入合适能量大小的激光脉冲，使芯片的运行产生非预期错误，并分析采集到的错误是否会造成芯片中敏感信息的泄露。服务内容：1.光注入攻击 2.差分错误分析 侧信道检测 芯片在执行密码算法过程中会产生时间消耗、功率消耗和电磁辐射，利用密码系统实现时泄露的功耗、电磁辐射等侧信道信息，尝试推导密码系统中的密钥信息。服务内容：1.形象化功耗分析 2.简单功耗分析 3.差分功耗分析 4.电磁辐射分析
半导体器件可靠性与失效分析
一、元器件概述
1、元器件的定义与分类
定义：
欧洲空间局ESA标准中的定义： 完成某一电子、电气和机电功能，并由一个或几个部分构成而且一般不能被分解或不会破坏的某个装置。
GJB4027-2000《军用电子元器件破坏性物理分析方法》中的定义： 在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电或光电功能的基本单元，该基本单元可由一个或多个零件组成，通常不破坏是不能将其分解的。
分类：两大类
元件：在工厂生产加工时不改变分子成分的成品，本身不产生电子，对电压、电流无控制和变换作用。
器件：在工厂生产加工时改变了分子结构的成品，本身能产生电子，对电压电流的控制、变换(放大、开关、整流、检波、振荡和调制等)，也称电子器件。
分类(来源：2007年版的《军用电子元器件合格产品目录》)
电阻
最可靠的元件之一
失效模式： 开路、机械损伤、接点损坏、短路、绝缘击穿、焊接点老化造成的电阻值漂移量超过容差
电位器
失效模式： 接触不良、滑动噪声大、开路等
二极管
集成电路
失效模式： 漏电或短路，击穿特性劣变，正向压降劣变，开路可高阻
失效机理： 电迁移，热载流子效应，与时间相关的介质击穿(TDDB)，表面氧化层缺陷，绝缘层缺陷，外延层缺陷
声表面波器件
MEMS压力传感器
MEMS器件的主要失效机理：
（1）粘附----两个光滑表面相接触时，在力作用下粘附在一起的现象；
（2）蠕变----机械应力作用下原子缓慢运动的现象；变形、空洞；
（3）微粒污染----阻碍器件的机械运动；
（4）磨损----尺寸超差，碎片卡入；
（5）疲劳断裂----疲劳裂纹扩展失效。
真空电子器件(vacuum electronic device)
指借助电子在真空或者气体中与电磁场发生相互作用，将一种形式电磁能量转换为另一种形式电磁能量的器件。具有真空密封管壳和若干电极，管内抽成真空，残余气体压力为10-4～10-8帕。有些在抽出管内气体后，再充入所需成分和压强的气体。广泛用于广播、通信、电视、雷达、导航、自动控制、电子对抗、计算机终端显示、医学诊断治疗等领域。
真空电子器件按其功能分为：
实现直流电能和电磁振荡能量之间转换的静电控制电子管；
将直流能量转换成频率为300兆赫～3000吉赫电磁振荡能量的微波电子管；
利用聚焦电子束实现光、电信号的记录、存储、转换和显示的电子束管；
利用光电子发射现象实现光电转换的光电管；
产生X射线的X射线管；
管内充有气体并产生气体放电的充气管；
以真空和气体中粒子受激辐射为工作机理，将电磁波加以放大的真空量子电子器件等。
自20世纪60年代以后，很多真空电子器件已逐步为固态电子器件所取代，但在高频率、大功率领域，真空电子器件仍然具有相当生命力，而电子束管和光电管仍将广泛应用并有所发展。[1] 真空电子器件里面就包含真空断路器，真空断路器具有很多优点，所以在变电站上应用很多。真空断路器已被快易优收录，由于采用了特殊的真空元件，随着近年来制造水平的提高，灭弧室部分的故障明显降低。真空灭弧室无需检修处理，当其损坏时，只能采取更换。真空断路器运行中发生的故障以操作机构部分所占比重较大，其次为一次导电部分，触头导电杆等。
第二章 元器件制造工艺与缺陷
1、芯片加工中的缺陷与成品率预测
芯片制造缺陷的分类：
全局缺陷： 光刻对准误差、工艺参数随机起伏、线宽变化等；在成熟、可控性良好的工艺线上，可减少到极少，甚至几乎可以消除。
局域缺陷： 氧化物针孔等点缺陷，不可完全消除，损失的成品率更高。
点缺陷： 冗余物、丢失物、氧化物针孔、结泄漏
来源：灰尘微粒、硅片与设备的接触、化学试剂中的杂质颗粒。
2、混合集成电路的失效
混合集成电路工艺：
IC工艺： 氧化、扩散、镀膜、光刻等
厚膜工艺： 基板加工、制版、丝网印刷、烧结、激光调阻、分离元器件组装等
薄膜工艺： 基板加工、制版、薄膜制备、光刻、电镀等
失效原因：
元器件失效：31%
互连失效：23%，引线键合失效、芯片粘结不良等
沾污失效：21%
关于混合集成电路：
按制作工艺，可将集成电路分为：
（1）半导体集成电路（基片：半导体）
即：单片集成电路（固体电路）
工艺：半导体工艺（扩散、氧化、外延等）
（2）膜集成电路（基片：玻璃、陶瓷等绝缘体）
工艺：
薄膜集成电路——真空蒸镀、溅射、化学气相沉积技术
厚膜集成电路——浆料喷涂在基片上、经烧结而成（丝网印刷技术）
3、混合集成电路（Hybrid Integrated Circuit）
特点：充分利用半导体集成电路和膜集成电路各自的优点，达到优势互补的目的；
工艺：用膜工艺制作无源元件，用半导体IC或晶体管制作有源器件。
三种集成电路的比较：
第三章 微电子封装技术与失效
1、微电子封装的分级：
• 零级封装： 通过互连技术将芯片焊区与各级封装的焊区连接起来；
• 一级封装(器件级封装)：将一个或多个IC芯片用适宜的材料封装起来，并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合(WB)、载带自动焊(TAB)和倒装焊(FC)连接起来，使之成为有功能的器件或组件，包括单芯片组件SCM和多芯片组件MCM两大类
• 二级封装(板极封装)： 将一级微电子封装产品和无源元件一同安装到印制板或其他基板上，成为部件或整机。
• 三级封装(系统级封装)： 将二极封装产品通过选层、互连插座或柔性电路板与母板连接起来，形成三维立体封装，构成完整的整机系统(立体组装技术)
2、微电子的失效机理
（1）热/机械失效
热疲劳
热疲劳失效主要是由于电源的闭合和断开引起热应力循环，造成互连焊点变形，最终产生裂纹
失效分析例子——连接器的过机械应力疲劳损伤
样品：SMA连接器(阴极)
现象：外部插头(阳极)与该SMA接头连接不紧，装机前插拔力检验合格
失效模式：接触不良
半圆弧夹片明显偏离
插孔周边绝缘介质有较深的插痕
偏离的半圆夹片根部有裂纹
半圆片裂纹断面
蠕变----材料在长时间恒温、恒压下，即使应力没有达到屈服强度，也会慢慢产生塑性变形的现象
蠕变导致焊点断裂
脆性断裂
当应力超过某一值时，陶瓷、玻璃和硅等脆性材料易发生脆性断裂。断裂一般发生在有初始裂纹和刻痕的地方，当原有裂纹扩展到器件的有源区时，器件将失效。
塑性变形
当应力超过材料的弹性限度或屈服点时，将发生塑性变形(永久)：
Ø 金属：电阻升高或开裂
Ø 陶瓷等脆性材料：开裂
Ø MEMS系统：影响精度甚至不能正常工作
封装界面层分层----粘连在一起的不同层之间出现剥离或分离的现象
原因：表面缺陷
表面存在水汽和挥发物
材料不均或表面粗糙等
塑封件因热膨胀系数不同，温度变化大时会出现；
塑封件因吸收过多潮气，在受热例如焊接过程中出现分层(爆米花现象)；
BGA封装中，模塑料与基体界的界面及粘胶处易发生水汽爆裂。
应力迁移(Stress Migration)
引子： 铜互连替代铝互连，虽然铜的电阻率较低，抗电迁移和应力迁移能力强，但应力迁移诱生空洞，导致电阻增大甚至完全断裂
出现条件： 应力梯度—绝缘介质与铜之间的热失配所致
位置： 通孔和金属连线边缘等应力集中区域
影响因素： 应力、应力梯度、互连结构、工作温度、金属介质界面粘附性、互连材料的微观结构
铜导线上的应力迁移空洞
（2）电致失效
电迁移(Electronic Migration)
强电流经过金属线时，金属离子等会在电流及其他因素相互作用下移动并在线内形成孔隙或裂纹的现象
原因： 电场作用下金属离子扩散所致，不同材料机制不同：
焊点： 晶格扩散
铝互连线： 晶界扩散
铜互连线： 表面扩散
驱动力： 电子与离子动量交换和外电场产生的综合力、非平衡态离子浓度产生的扩散力、机械应力、热应力
影响因素：
几何因素： 长度、线宽、转角、台阶、接触孔等
材料性质： 铜最好、铝较差、铝铜合金介于其中
（3）金属迁移
• 失效模式：金属互连线电阻值增大或开路
• 失效机理：电子风效应
• 产生条件：电流密度大于10E5A/cm2
高温
• 纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜，降低工作温度，减少阶梯，铜互连、平面化工艺
互连线和焊点的电迁移
（4）闩锁效应(Latch-up)----寄生PNPN效应
由于MOS管存在寄生晶体管效应(CMOS管下面会构成多个晶体管，它们自身可能构成一个电路)，若电路偶然出现使该寄生晶体管开通的条件，则寄生电路会极大影响正常电路的动作，使原MOS电路承受大于正常状态很大的电流，可使电路迅速烧毁。
闩锁状态下器件在电源与地之间形成短路，造成大电流、过电应力和器件损坏
通信接口集成电路的闩锁失效
（5）热载流子效应(Hot Carrier Injection
栅极电压Vg小于漏极电压Vd时，栅极绝缘膜下的沟道被夹断，漏极附近电场增高；
源极流经此区的电子成为热电子，碰撞增多---漏极雪崩热载流子；
注入栅极二氧化硅膜中，使其产生陷阱和界面能级，阈值电压增加，氧化层电荷增加或波动不稳，器件性能退化
（6）与时间相关的介质击穿(Time Dependent Dielectric Breakdron)
击穿模型：I/E(空穴击穿)，E(热化学击穿)
I/E模型：电子穿越氧化膜®产生电子陷阱和空穴陷阱+电子空穴对®空穴隧穿回氧化层，形成电流®空穴易被陷阱俘获®在氧化层中产生电场®缺陷处局部电流不断增加，形成正反馈®陷阱互相重叠并连成一个导电通道时，氧化层被击穿。
E模型：热动力学过程，处于热应力和外加电场下的偶极子相互作用破坏了Si-O键而产生击穿。
3、电化学失效
• 金属迁移----从键合焊盘处开始的金属枝晶生长，是一金属离子从阳极区向阴极区迁移的电解过程。
现象：桥连区的泄漏电流增加，甚至短路
迁移离子：Ag,Pb,Sn,Au,Cu
预防银迁移的方法：
使用银合金；
在布线布局设计时，避免细间距相邻导体间的电流电位差过高；
设置表面保护层；
清洗助焊剂残留物
• 腐蚀
出现条件：封装内存在潮气和离子沾污物
本质：电化学反应
混合集成电路的电化学腐蚀
• 金属间化合物
• 优点：提高结合力
• 缺点：过量的金属间化合物会使局部脆化
来源：可靠性交流
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