电子元器件失效分析：温度应力与时间模型

"这篇文档主要讨论了电子元器件的失效物理，特别是温度应力-时间模型在电容失效分析中的应用。文档由中国电子电器可靠性工程协会的费庆提供，内容涉及失效的概念、种类、失效物理的定义及其与器件物理的区别，以及失效物理在失效分析和可靠性评价中的作用。重点讲解了金属电迁移的失效模式和应力-时间模型，后者常用于描述由于温度应力的时间累积导致的电容等元器件性能退化。" 在电子元器件的可靠性物理中，失效是一个关键问题，它涉及到设备功能的丧失或性能的剧烈下降。失效可以分为不同类别，包括致命性失效、缓慢退化和间歇失效。例如，过电应力可能导致器件立即损坏，而像MESFET的IDSS下降则属于缓慢退化类型。 失效物理是研究这些失效机制的科学，它不同于器件物理，因为它关注的是在特定条件下，元器件为何和如何失效，而不是其正常工作的原理。失效机理是指导致失效的物理或化学过程，比如金属电迁移，这是一种由于高电流密度和高温导致的金属互连线电阻增加或开路的现象。 为了理解和预防失效，失效物理模型被用来解释失效的原因。应力-强度模型用于描述当施加的应力超过材料强度时发生的即时失效，如ESD（静电放电）和闩锁（latchup）。另一方面，应力-时间模型，也称为反应论模型，关注的是如金属电迁移、腐蚀和热疲劳等随时间积累的失效，其中温度和应力的作用随着时间推移导致性能退化。 温度应力-时间模型，用化学动力学的公式表示，揭示了温度对反应速率的影响，即温度越高，反应速率越快，器件寿命越短；而激活能E的大小则决定反应速率的慢速或快速，E越大，反应速率越小，器件寿命相应延长。这个模型类似于物理学中的动量守恒定律，将失效过程类比为物体受力后的速度变化。 失效物理模型的应用主要包括失效分析和可靠性评价。失效分析通过确定失效模式和机理，提出改进措施，防止类似失效再次发生。可靠性评价则依据失效物理模型设计模拟试验，评估产品在各种环境下的耐用性和平均寿命。 总结来说，这篇资料提供了深入理解电子元器件失效，特别是电容因温度应力-时间模型导致失效的重要知识，对于提高电子设备的可靠性和寿命具有重要意义。