A□ 电子材料与电子元器件腐蚀 蒋益明 材将二楼301 ymjiang@fudan.edu.cn 65643648
电子材料与电子元器件腐蚀 材料二楼301 ymjiang@fudan.edu.cn 65643648 蒋益明
主要内容 电子材料与器件的可靠性 电子材料与器件的失效分析 电子材料与器件的腐蚀形态 应用举例
主要内容 • 电子材料与器件的可靠性 • 电子材料与器件的失效分析 • 电子材料与器件的腐蚀形态 • 应用举例
电子材料与电子元器件A四■ IT产品:3C-计算机( Computer 通信( Communication) 家用电器( Consumer electronics 基板及元器件和连接部分“堆垛”而成 最基本单元材料+元器件 电子材料:发挥其物理化学特性用于IT工业的材料 性能:声光电力热磁 分类:半导体材料、介电材料、压电及铁电材料、磁性材料、 某些金属材料、高分子材料 电子元器件:电子材料经特殊工艺,在I产品中起各种作 用的电子部件 集成电路器件显示器件传感器件电池
电子材料与电子元器件 • IT产品：3C---计算机(Computer) 通信(Communication) 家用电器(Consumer electronics) – 基板及元器件和连接部分“堆垛”而成 – 最基本单元:材料+元器件 • 电子材料:发挥其物理化学特性用于IT工业的材料 – 性能：声 光 电 力 热 磁 – 分类：半导体材料、介电材料、压电及铁电材料、磁性材料、 某些金属材料、高分子材料 • 电子元器件:电子材料经特殊工艺,在IT产品中起各种作 用的电子部件 – 集成电路器件 显示器件 传感器件 电池
电子元器件的可靠性■ 可靠性:产品在规定的条件下和规定的时内, 完成规定功能的能力 规定条件:环境条件(温度、湿度、气压、盐 雾、辐射、振动、冲击、碰撞、跌落等)、负 荷条件(电、热、力等应力)和工作方式(连 续或间断) 规定时间:可靠性是时间的函数
电子元器件的可靠性 • 可靠性:产品在规定的条件下和规定的时间内, 完成规定功能的能力 • 规定条件：环境条件（温度、湿度、气压、盐 雾、辐射、振动、冲击、碰撞、跌落等）、负 荷条件（电、热、力等应力）和工作方式（连 续或间断） • 规定时间：可靠性是时间的函数
电子元器件的失效规律A■ y 早期失效 损耗失效 偶然失效 早期失效:失效率高,实效率随时间增加而下降,由特定的普 遍性原因造成 偶然失效:失效率低,良好使用阶段,失效是由不太严重的偶 然因素引起 损耗失效:失效率明显上升,大部分器件相继失效,失效是由 带全局性的原因引起(老化、磨损、耗损、疲劳等)造成 器件的设计、制造应使其尽快进入偶然失效期,推迟损耗 失效期的到来
电子元器件的失效规律 • 早期失效：失效率高，实效率随时间增加而下降，由特定的普 遍性原因造成 • 偶然失效：失效率低，良好使用阶段，失效是由不太严重的偶 然因素引起 • 损耗失效：失效率明显上升，大部分器件相继失效，失效是由 带全局性的原因引起（老化、磨损、耗损、疲劳等）造成 器件的设计、制造应使其尽快进入偶然失效期，推迟损耗 失效期的到来
电子元器件的失效分析 设计 芯片 晶片 半导体加工制造过程切割、封装 产生问题C 报 使用过程 失效分析 器件失效后,通过对其结构、使用和技术文件的系统研究,鉴别失 效模式、确定失效原因、机理和失效演变的过程
电子元器件的失效分析 器件失效后，通过对其结构、使用和技术文件的系统研究，鉴别失 效模式、确定失效原因、机理和失效演变的过程
失效分析研究的内容A■ 什么 What Failed? 器件失效(氧化层 击穿,管脚蚀断等) 怎么 How did it Failed? 特定条件下,性能 变化的特定规律 为什么 Why did it Failed? 判定退化机制及其 对器件性能的影响
失效分析研究的内容 0 50 100 150 200 250 300 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 Current /A cm 2 time /s 什么 怎么 为什么 What Failed? How did it Failed? Why did it Failed? 器件失效（氧化层 击穿，管脚蚀断等） 特定条件下，性能 变化的特定规律 判定退化机制及其 对器件性能的影响
器件失效分析的研究内容A 失效分析的基本内容 失效模式鉴别 假设失效机理 失效情况调查→ 失效特征描述 证实失效机理 新的失效因素考虑提出纠正措施 失效模式(形式) 开路」无功能」重测合格 短路 功能退化结构不好 最常见的有:烧毁、管壳漏气、管腿蚀断、芯片粘合不良、 表面腐蚀、漏电、击穿等
器件失效分析的研究内容 失效情况调查 失效模式鉴别 失效特征描述 假设失效机理 证实失效机理 新的失效因素考虑 提出纠正措施 开路 无功能 功能退化 重测合格 结构不好 最常见的有：烧毁、管壳漏气、管腿蚀断、芯片粘合不良、 表面腐蚀、漏电、击穿等 • 失效分析的基本内容 • 失效模式（形式） 短路
主要失效机理 器件失效的实质原因:引起器件失效的物理或化学过程 设计问题引体内退化氧化层金属化系统封装退化 起的缺陷机理 缺陷 退化 机理 版图 二次击穿·针孔 电迁移 管腿腐蚀 工艺方案·重金属污染·厚度不均·铝腐蚀·管腿损伤 电路和结构·材料缺陷·介质击穿·过电应力 漏气 扩散 蚀断 封装开裂 外来物 电子器件的失效分析 半导体物理学半导体工艺学材料学化学冶金学电子学 环境工程学 系统工程学
主要失效机理 • 器件失效的实质原因：引起器件失效的物理或化学过程 设计问题引 起的缺陷 体内退化 机理 氧化层 缺陷 金属化系统 退化 封装退化 机理 • 版图 • 工艺方案 • 电路和结构 • 二次击穿 • 重金属污染 • 材料缺陷 • 针孔 • 厚度不均 • 介质击穿 • 扩散 • 电迁移 • 铝腐蚀 • 过电应力 • 蚀断 • 管腿腐蚀 • 管腿损伤 • 漏气 • 封装开裂 • 外来物 电子器件的失效分析 半导体物理学 半导体工艺学 材料学 化学 冶金学 电子学 环境工程学 系统工程学
失效发生期与失效机理的关系四■ 早期失效 设计失误、工艺缺陷、材料缺陷、筛选不充分 随机失效 静电损伤、过电损伤 有明显的突发性 损耗失效 元器件老化 疲劳断裂 磨损 材料或器件失效·鹰蚀 扩散 熔断
失效发生期与失效机理的关系 • 早期失效 – 设计失误、工艺缺陷、材料缺陷、筛选不充分 • 随机失效 – 静电损伤、过电损伤 – 有明显的突发性 • 损耗失效 – 元器件老化 • 疲劳断裂 • 磨损 • 腐蚀 • 扩散 • 熔断 材料或器件失效