了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等

进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术，电子元器件则是电子信息技术发展的前提。为了促进电子信息技术的进一步发展，就要提高电子元器件的可靠性，所以就必须了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。 

1.失效的含义 
失效是指电子元器件出现的故障[1]。各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的复杂程度就较高；反之，则低。一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丧失。 
2.失效的分类 
根据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法[2]。 
以失效原因为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。 
以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。 
以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。 
以失效后果的严重程度为标准：主要分为轻度失效、严重失效以及致命失效。 
除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。 
3.失效的机理 
电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致原因作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。 
①表层劣化：元器件钠离子遭污染然后造成沟道出现漏电、γ辐射有损、表面蠕变或击穿等；②设计问题造成的劣化：指单子元器件的电路、版图以及结构等方面出现的设计问题；③内部劣化：是指由CMOS 闭锁效应、二次击穿、重金属玷污、中子辐射损伤以及材料问题所引发的瞬间功率过载、结构性能退化等；④使用不当引起的损坏：指电浪涌损伤、静电损伤、过高温度造成的破坏、干扰信号导致的故障等；⑤金属化系统劣化：是指电子元器件内的铝电迁移、铝腐蚀、铝缺口等；⑥封装劣化：是指管腿出现腐蚀、漏气或壳内有外来物导致短路或漏电等[3]。 
4.失效分析的常用方法 
电子元器件失效分析的技术有很多，但常用的主要有下列几种，具体介绍如下。 
4.1拔出插入法。拔出插入法是指通过对组件板或者插件板拔出又插入的过程进行监视，以此为根据，判断拔出插入的连接界面是否就是故障发生的地方。值得注意的是，采用拔出插入法进行失效分析时，在组件板或者插件板拔出又插入的过程当中，会存在特殊状况，即状态发生改变的地方有时不仅是连接接口，还有可能是其他部位。所以在应用拔出插入法时，要注意观察每个部位及微妙的变化，才能做出正确的判断。 
4.2感官辨别法。通过眼观部件外形、手触感知部件温度与软硬程度、鼻嗅味道、耳听声音，判断是否存在异常的方式即为感官辨别法。感官辨别法操作简便、省钱，只是能够辨别的内容会受感官能力的制约。 
4.3电源拉偏法。电源拉偏法是指把正常的电源与电压拉偏，使其处于非正常状态，然后暴露出薄弱环节或故障，进而可以反映出故障或濒临故障的组件、元器件部位。这种方法一般用在由于工作时间较长导致的故障或初步判断是电网波动引发故障的情况。值得提醒的是，电源拉偏法具有一定的破坏性，使用这种方法前一定要检查保险系数或其他因素，切记勿随便使用。 
4.4换上备件法。通过对被取下值得怀疑的元器件或部件的监视，然后把合格的备件换上之后，再对出现的故障现象进行对比分析，如看其故障现象有无消失，最后确定故障源点是否处于被取下的部件中，这种方法即为换上备件法。 
以上介绍的是电子元器件失效分析应用频率较高的几种方法，除此之外，还有静态、动态测量法；升高、降低温度法；敲捏定位法等。 
5.失效分析的思路 
要做到有效地对电子元器件进行失效分析，必须形成清晰的思路。一般对电子元器件进行失效分析主要按这样的思路进行逐步分析：①确定是否为失效；②明确失效分析的最终目的；③从失效现象入手，罗列失效位置的所有疑点；④拟定除疑点的方案；对失效位置逐级分析；⑤设想并列举所有可能引起失效部位现象的原因；⑥用实验检验设想；⑦提出预防失效的方案并对之进行评审；⑧用事实检验预防失效的方案是否有效；⑨真正实施预防失效的方案[4]。 
6.失效分析的原则 
对电子元器件失效分析要遵循相关的原则，常用的一些原则具体如下。 
6.1先主要后次要的原则。一般是通过故障影响功能的程度判断主要次要。在明确了主要次要问题后，先解决主要问题再解决次要问题。 
6.2先方案后操作的原则。在进行失效分析时，分析人员必须先冷静，在脑里想出解决方案再进行操作，切勿盲目操作，再引起其他更大的元器件失效。 
6.3先一般后特殊的原则。先对经常出现失效的位置进行检查，再检查较少出现失效的位置。 
6.4先弱电后强电的原则。一般面对发生故障的整机或者出现失效的样品，在对其进行性能检测或者判断故障部位时，输入信号、电源功率等要视具体情形从弱到强。值得提醒的是，在从弱到强的的整个变化中，必须密切观察并把不正常的现象记录好。此外还要预防功率过满引起突然开机、关机，造成电力冲击，最终扰乱失效状态，再增加失效分析的困难[5]。 
此外，还有先简单后复杂、先安检后通电、先宏观后微观、先外设后主机、先静态后动态、先断电后换件、先公用后专用等原则。 
7.小结 　　通过对电子元器件失效分析技术的相关研究，可以了解到电子元器件发生失效的原因、失效模式、失效机理及一些分析常用的分析方法等。电子元器件是电子整机产品的源头，为了让电子设备或电子系统可以正常可靠地运行，就必须保证电子元器件的可靠性，因此掌握电子元器件失效分析的技术就变得十分必要。