器件失效分析

2025-08-18 16:55:37
作者: 四维检测
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器件失效分析

一、概述

器件失效分析是针对电子元器件、半导体器件及集成电路等在服役过程中出现的功能异常、参数漂移或物理损坏等问题,通过系统性检测与数据分析,确定失效模式、机理并提出改进措施的技术活动。其核心目标在于提升产品可靠性,降低售后维修成本与品牌风险,保障电子系统的稳定运行。

二、测试目的

  1. 明确失效模式与机理:区分失效是开路、短路、参数漂移或功能失效等模式,定位失效根源(如设计缺陷、材料问题、工艺瑕疵或使用条件超限)。
  2. 评估可靠性指标:验证器件是否满足MTBF(平均无故障时间)、失效率、耐久性等设计要求。
  3. 指导改进方向:为设计优化(如减少应力集中)、材料升级(如耐腐蚀合金)、工艺改进(如改进焊接参数)提供数据支持。
  4. 预防批量事故:通过失效模式库建设,建立预警机制,降低非计划停机与安全事故概率。

三、适用范围

(一)典型器件类型

  1. 电子元器件:电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路(DIP/SOP/BGA封装)等。
  2. 半导体器件:功率器件(IGBT、MOSFET)、光电模块、射频器件、传感器等。
  3. 行业应用:消费电子(手机、电脑)、汽车电子(ECU、电池管理系统)、航空航天(发动机控制单元)、新能源(光伏组件、风电变流器)等领域。

四、测试方法

(一)非破坏性分析

  1. 电性能测试
    • 功能测试:验证器件是否能完成预期功能(如信号放大、逻辑运算)。
    • 参数测试:测量关键电气参数(如IV曲线、漏电流、阈值电压),对比规格书或良品数据。
    • 动态测试:模拟实际工况下的频率响应、瞬态特性等。
  2. 物理检测
    • X射线检测:观察封装内部结构(如焊点、引线键合),检测虚焊、断裂或异物。
    • 超声波扫描(C-SAM):利用高频超声波检测分层、裂纹或界面缺陷。
    • 红外热成像:定位工作状态下的异常发热点(如短路、过电流)。

(二)破坏性分析

  1. 开封技术
    • 化学开封:使用酸液(如发烟硝酸)溶解塑料封装,暴露芯片表面。
    • 机械开封:激光切割或等离子刻蚀去除金属或陶瓷封装。
    • 激光烧蚀开封:高精度去除特定区域封装材料,干扰小。
  2. 显微与材料分析
    • 光学显微镜:观察表面形貌(如裂纹、腐蚀、引脚桥接)。
    • SEM/EDS:高倍率下分析微观结构(如金属化层电迁移、钝化层裂纹),结合能谱仪检测元素成分。
    • FIB(聚焦离子束):制备超薄横截面样品(用于TEM观察),或修复电路、制作测试结构。
  3. 化学与热分析
    • FTIR(红外光谱):检测材料化学键合变化,识别氧化、水解产物。
    • XPS(X射线光电子能谱):分析表面化学组成,确定污染或钝化层失效。
    • DSC(差示扫描量热法):测量材料热特性(如玻璃化转变温度、相变)。

五、常用标准组分

(一)国家标准

  1. GB/T 1772-1979《电子元器件失效率试验方法》:规定失效率等级划分与试验程序。
  2. GB/T 45879-2025《金属和合金的腐蚀 应力腐蚀敏感性电化学快速试验方法》:适用于应力腐蚀失效分析。

(二)国际标准

  1. IEC 60068-2-1:2007《环境试验 第2-1部分:试验 试验A:寒冷》:定义低温存储与工作试验程序。
  2. JEDEC JESD22-A104《温度循环试验方法》:模拟器件在温度冲击下的可靠性。

(三)行业标准

  1. GJB 546B-2011《电子元器件质量保证大纲》:规范元器件选用、测试与筛选流程。
  2. QJ 1317-1987《电子元器件失效分类及代码》:统一失效现象的分类与编码。


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