电子元器件失效机理分析：从金属电迁移到可靠性评价

"失效机理的概念续-电容失效分析" 失效机理是电子元器件可靠性领域的重要研究对象，它涉及到元器件性能退化和无法正常工作的根本原因。在电容失效分析中，有几个常见的失效机理需要关注： 1. **封装内水汽凝结**：当电子元器件在高湿度环境下工作或存储时，水分可能会渗透到封装内部，导致水汽凝结。这会引起绝缘材料的降解，增加漏电流，从而影响电容的稳定性和可靠性。 2. **介质的离子沾污**：离子沾污可能导致电容介质层中引入杂质，这些杂质会形成导电通路，增加电容的漏电，影响其电性能。长期下来，这可能导致电容性能严重下降。 3. **欧姆接触退化**：欧姆接触是确保电流在半导体材料与金属之间良好传输的关键。然而，随着时间的推移，接触电阻可能增加，这可能是由于氧化、杂质扩散或界面层增厚等，导致电容的充放电性能变差。 4. **金属电迁移**：在高电流密度下，电子流会产生压力，导致金属原子在电场作用下移动，形成枝晶或空穴，这会增加金属互连线的电阻，甚至导致开路。金属电迁移是高速和高温环境下元器件失效的一个主要原因。 5. **辐射损伤**：在高辐射环境中，电子元器件可能会受到粒子的轰击，导致晶格结构的损伤，改变材料的电学性质，从而影响电容的性能。 失效物理与器件物理的区别在于，失效物理专注于研究失效的根源和过程，而器件物理则更侧重于理解元器件的基本工作原理和静态特性。失效物理的应用主要包括失效分析和可靠性评价： - **失效分析**：通过对失效样品进行微观结构分析，确定失效模式，揭示失效机理，进而提出改进设计和制造工艺的建议，防止类似失效的再次发生。 - **可靠性评价**：利用失效物理模型，模拟实际工作环境下的应力，评估产品在各种应力下的表现和平均寿命。例如，应力-强度模型用于评估过电应力、静电放电和闩锁等偶然失效，而应力-时间模型则适用于研究金属电迁移、腐蚀和热疲劳等长期累积效应的失效。 失效物理模型，如应力-强度模型和应力-时间模型，提供了理解和预测元器件失效的理论框架。通过这些模型，可以更好地理解温度、湿度、电压、电流等应力因素如何随着时间影响元器件的寿命和性能。例如，温度应力-时间模型表明，温度越高，反应速率越快，元器件的寿命就越短。 失效机理的深入理解对于提高电子元器件的可靠性和使用寿命至关重要，尤其在电容失效分析中，识别并解决上述问题，对于优化设计和改善制造流程具有重要意义。