电子元器件失效分析：实用测试技术与金属迁移案例

电子元器件失效分析的简单实用测试技术主要集中在两个方面：连接性测试和待机电流测试。首先，连接性测试通过万用表测量电子元器件各管脚间的电阻，可以检测出开路、短路和特性退化的管脚。如果电阻值显著增大或减小，可能意味着存在金属化开路（即金属粒子迁移导致的接触不良）或漏电问题。其次，待机电流测试则是断开所有输入端并让输出端处于开路状态，然后测量电源端对地电流。若待机电流异常增大，表明可能存在漏电失效；待机电流显著减小则可能是由于内部开路引起的失效。 失效物理是研究电子元器件失效机理的学科，它与器件物理有着区别。失效物理关注的是元器件在使用过程中，由于物理化学作用导致的性能退化或故障，例如金属电迁移会导致互连线电阻增大或开路，电子风效应则是由于高电流密度和高温造成的。理解这些失效机理对于评估元器件的可靠性至关重要。 失效物理的用途十分广泛，包括失效分析，通过识别失效模式和机制，提出预防措施以避免故障重复；以及可靠性评价，通过建立失效物理模型来选择合适的模拟试验方法，预测产品的预期使用寿命。可靠性评价的内容涵盖了产品对各种应力（如过电应力、静电放电和闩锁效应）的抵抗能力，以及在长时间使用下的平均寿命。 其中，应力-强度模型和应力-时间模型是两个常用的失效物理模型。应力-强度模型适用于偶尔发生的、快速导致失效的情况，而应力-时间模型则考虑了时间累积效应，如金属电迁移和热疲劳，这与力学中的反应论模型类似。在实际应用中，比如评估器件抗静电放电能力时，会用到温度应力-时间模型，其中温度和时间对失效的影响通过公式进行量化。 总结来说，电子元器件失效分析的测试技术和失效物理的理论知识是电子工程师必备的技能，它们对于保障设备稳定运行和提高产品可靠性起着关键作用。通过深入理解和掌握这些方法，能够更有效地预防和解决元器件失效的问题。