电子元器件失效分析：应力与失效模式的关联

"失效应力与失效模式的相关性-电容失效分析" 在电子元器件的领域，失效分析是一项至关重要的任务，它涉及到设备的稳定性和长期运行的安全性。本话题主要探讨了失效应力与失效模式之间的关系，尤其是在电容失效分析中的应用。失效应力是指元件在工作或非正常条件下承受的过量压力，可能导致其性能下降或完全失效。而失效模式则是元件在受压后表现出的具体故障现象。 1. 过电应力：过电应力通常导致PN结烧毁、电源内引线烧毁或电源金属化烧毁。这些情况通常发生在电流超出元件设计承受范围时，造成内部结构损坏，影响元件正常导电。 2. 静电放电：静电对MOS器件的影响表现为氧化层击穿，甚至可能导致输入保护电路受损或烧毁。静电放电产生的瞬时高压能破坏半导体表面的绝缘层，影响器件的工作性能。 3. 热应力：过高的温度可能导致键合失效，即连接芯片与外部电路的金属线因热膨胀不匹配而断开；Al-Si互溶则是在高温下铝与硅发生化学反应，影响导电性能；同时，过高的温度还可能引起PN结漏电，降低器件的绝缘性能。 4. 热电效应：在这种情况下，金属电迁移成为主要问题，长时间高温工作会导致金属导线内部电子流导致物质移动，电阻增大或形成开路；欧姆接触退化也是由于热电效应，使得接触电阻增加，影响元件效率。 5. 高低温变化：极端的温度环境，特别是低温，可能会导致芯片断裂，因为材料的脆性增加；另外，粘接材料的性能也会受到影响，可能导致芯片粘接失效。 失效物理是研究这些失效现象背后的物理和化学原理的学科，与器件物理不同，它关注的是在应力作用下，器件性能如何随着时间推移而变化，以及如何通过分析找出纠正措施。失效物理模型如应力-强度模型和应力-时间模型（反应论模型）被用来理解和预测失效行为。 应力-强度模型适用于一次性或致命性失效，如过电应力(EOS)、静电放电(ESD)和闩锁(latchup)，这些失效通常发生在应力瞬间超过元件强度的情况下。而应力-时间模型则用于描述由于时间积累效应导致的失效，例如金属电迁移、腐蚀和热疲劳等，它们的特点是性能缓慢退化。 在可靠性评价中，失效物理模型被用来设计模拟试验，评估产品在不同应力条件下的耐受能力，从而预测平均寿命。例如，温度应力-时间模型表明，温度越高，化学反应速度越快，器件寿命越短。这与力学公式类似，强调了应力与时间积累对失效的影响。 理解失效应力与失效模式的关系，以及失效物理模型的应用，对于提高电子元器件的可靠性和延长其使用寿命具有重要意义。失效分析和可靠性评价是确保产品在实际应用中能够稳定工作的基石，而失效物理则是这一过程中的关键工具。