详细介绍了电子....

 通用晶体管     |      2019-04-06 10:41

  随着人们对电子产品质量可靠性的要求不断增加,电子元器件的可靠性不断引起人们的关注,如何提高可靠性成为电子元器件的热点问题。例如在卫星、飞机、舰船和计算机等所用电子元器件质量可靠性是卫星、飞机、舰船和计算机质量可靠性的基础。这些都成为电子元器件可靠性发展的动力,而电子元器件的失效分析成为其中很重要的部分。

  可靠性工作的目的不仅是为了了解、评价电子元器件的可靠性水平,更重要的是要改进、提高电子元器件的可靠性。所以,在从使用现场或可靠性试验中获得失效器件后,必须对它进行各种测试、分析,寻找、确定失效的原因,将分析结果反馈给设计、制造、管理等有关部门,采取针对性强的有效纠正措施,以改进、提高器件的可靠性。这种测试分析,寻找失效原因或机理的过程,就是失效分析。

  失效分析是对电子元器件失效机理、原因的诊断过程,是提高电子元器件可靠性的必由之路。元器件由设计到生产到应用等各个环节,都有可能失效,从而失效分析贯穿于电子元器件的整个寿命周期。因此,需要找出其失效产生原因,确定失效模式,并提出纠正措施,防止相同失效模式和失效机理在每个元器件上重复出现,提高元器件的可靠性。

  一方面,一些中小型电子产品生产商没有良好的物料控制体系,不能对物料进行有效的追溯。一旦出了问题,很难查到当年的渠道和来源,甚至不能保证物料的真伪。更有甚者,一些企业就没有失效分析的概念,停留在坏了就修的救火状态,也谈不到从根本上吸取教训的问题。有的企业一个芯片用上去总是损坏,就认为是芯片质量不好,却没有从根本上去分析损坏的原因,盲目下结论。结果换了一个厂家的芯片照样坏,多年后才发现是自己的电路就缺乏防护设计。

  另一方面,几乎所有的电子元器件生产商面对失效品都采取回避的态度,对于国际一线品牌。一般的流程是先提供失效样品,而后填写问卷,而后送到全球失效分析中心排队分析,结果一个失效分析下来往往要1~2个月。而拿到的报告往往是说用户使用不当。比如静电没有保护好、潮湿敏感器件出了爆米花效应之类的。好像从来就没有电子元器件生产商的责任。而事实上,对于很多器件,特别是新推出的某些专用芯片,往往在其刚刚进入市场时会有很多bug,这些bug会造成这样那样的失效,而bug又是电子器件生产商遮遮掩掩的。

  而且,对于很多中小企业而言如果他们进货渠道很多,很多时候在第一个环节就被原厂给拒绝了。一般而言原厂都是要求由代理商提供失效样品的送样。结果就出现了新的代理一查批号说不是我买的货,我不能送样。而原来的供应商则说,你都不买我的货了,我为什么给你送样的情况,导致很多中小企业的东西损坏的不明不白。

  也许你会说,不是有专业的失效分析公司么?是的,目前有很多做电子元器件失效分析的公司,但是其中良莠不齐。一个比较普遍的现象是,缺乏深层次失效机理的分析能力。很多都停留在使用高精尖的设备发现失效点上,至于为什么出现这种失效,如何避免,究竟是谁的责任,往往不能提供很深入的帮助。

  因此企业需要有一定的失效分析能力,这其中也有个需要注意的问题。一个是仪器的配备,一个是人员的配备。高级的失效分析仪器往往价格昂贵,像扫描电镜都是数以百万计的仪器。对于一般的企业,往往没有实力配备全套的仪器设备。另一方面,就是配备了这些仪器设备,对于仪器的操作、结果的判读、机理的推断都需要有高素质的失效分析人员来进行。要配备齐全的设备和专家的人员对一般企业而言都是很难做的,这就是失效分析尴尬的现状。

  难做不等于不能做。对于绝大多数企业而言,根据自己的实力来装备培养自己失效分析队伍也是需要的。一般的企业做失效分析可以先配备一个晶体管图示仪,好点的国产货也就万把块钱。在一个仪器上培养这方面的人,就比全面铺开要方便很多。而通过晶体管图示仪基本上可以把失效器件定位到失效的管脚上,如果条件好,还能确认是电过应力损坏还是静电损坏。知道了这两点就可以帮助开发人员检查设计,而如果是静电损伤,则可改善生产使用的防护条件了。

  如果想要再进一步分析,则需要建立一个金相分析实验室了。这所需要的设备为:金相显微镜、体视显微镜和切割机、磨抛机及制样的耗材了。如果有了这样的实验室,除了可以看各种元器件的表面损伤外,还可以通过制作切片的方法观察内部情况。而且实验室到了这个层次,不仅仅可以用作元器件的失效分析,也可以用于焊接组装工艺失效的检查,比如检查焊接情况、金属间化合物的生成情况等。而且这时还可以用于元器件的最初认证及进行破坏性物理分析。

  到这个阶段基本上投入就比较大了。如果使用全套进口设备,那么总价至少也要60~90万人民币左右。如果使用国产设备那么投入可以少很多。采用全套国产设备,基本上可以在10万人民币以内完成。此时对人员素质上,需要有了解电子元器件材料科学、半导体物理学的人员进行相关工作。

  对于集成电路而言,很多失效都是发生在键合系统上的,也就是管脚和集成电路芯片的连接上。用金相切片的方法,很多时候会破坏芯片的键合系统。这时候,可能会用到开封机来打开集成电路表面的塑料材料。对于很多企业而且言,这个东西就太贵了,往往要几万美元。而且还要经常更换喷嘴之类昂贵的耗材,所以很多企业干脆就不买这个东西,采用手工开封的方法进行,youtube上甚至可以看到老外这么干。不过开封需要使用到强酸,有些化学药品还属于国家管制药品,需要到公安局去备案。而且实际实施时,不论是用开封机还是手工开封,都需要在通风厨中进行,做好个人防护。对于人员而言,除了上述知识外,要动用强腐蚀的化学药品,原则上要有“危险化学品作业证”。

  一般的企业做到以上这个层次就可以了。如果在进行上述分析后还无法定案,这时候可以到社会上的失效分析公司,或者到大学高校中去,租借他们的设备进行分析。对于怀疑有来料问题做造成的批次失效鉴别时,则一定要去具有IEC 17025认证的实验室去做第三方分析鉴定。他们出具的报告才有法律效力。

  如果一个企业要把自己的企业做成百年老店,就必须要有质量过硬的产品。而失效分析是发现质量问题的重要手段,对提升质量有重要意义,希望我们的失效分析不再尴尬。

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