CN102495309A - 一种失效分析方法 - Google Patents

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刘学森
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Abstract

本发明涉及失效分析领域。本发明提供了 一种失效分析方法，包括以下步骤：A、接收良品样品和不良品样品；B、对不良品的失效背景和失效现象进行归纳和总结；C、对不良品进行前期无损分析和失效定位汇总，确定比对特征；D、设计分析方案；E、使用设计的分析方案进行分析，分别确定比对特征的有无；F、根据良品和不良品比对特征的有无，确定出物证特征，判定出不良品的具体失效原因。本发明方法通过将法学领域中的“同一认定原理”、“相对性原理”、“物质性原理”和“信息转移原理”运用到失效分析工作中，运用法学原理来整合失效分析全过程，从而能够在各项零散的证据之间实现相互验证，得出具有更强大的准确性和说服力的结论。

Description

一种失效分析方法
 
技术领域
本发明涉及一种失效分析方法。
 
背景技术
产品丧失规定的功能称为失效，判断失效的模式，查找失效原因和机理的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。在常见的电路失效分析案例中，众多的失效案例面临着失效原因的证明困境，即如何运用失效分析中的工作成果来说服他人，导致了失效分析工作的失败，从而降低了失效原因判定的有效性。
因此，如何提高失效分析原因判定的有效性，提高失效分析工作的成功率，成为失效分析领域亟待解决的问题。
 
发明内容
为解决现有失效分析工作，原因判定的有效性差，失效分析工作的成功率低的问题，本发明提供以下技术方案：
一种失效分析方法，该方法包括以下步骤：
   A、接收良品样品和不良品样品；
B、对不良品的失效背景和失效现象进行归纳和总结；
C、对不良品进行前期无损分析和失效定位汇总，失效机理预计，确定比对特征；
D、结合预计失效机理和客户要求，设计分析方案；
E、使用设计的分析方案分别对良品和不良品进行分析，分别确定比对特征的有无；
F、根据良品和不良品比对特征的有无，确定出物证特征，判定出不良品的具体失效原因。
作为本发明的一种优选方案，所述失效分析方法还包括步骤G：进行模拟实验，验证失效机理。
作为本发明的另一种优选方案，所述步骤A中接收的良品样品数量和不良品样品数量都不少于3个。
作为本发明的又一种优选方案，所述步骤E中良品和不良品比对特征的有无状态包括：T1：全部不良品都有该比对特征，全部良品都没有该比对特征；T2：部分不良品有该比对特征，全部良品都没有该比对特征；T3：全部不良品都有该比对特征，全部良品都有该比对特征；T4：部分不良品有该比对特征，全部良品都有该比对特征；T5：部分不良品有该比对特征，部分良品有该比对特征；T6：全部不良品有该比对特征，部分良品有该比对特征。
作为本发明的再一种优选方案，所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T1，则可以直接进行步骤F。
作为本发明的再一种优选方案，所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T2，则需要优化分析手段，再次进行分析，如果再次分析判断出比对特征有无的状态为T1，则可以直接进行步骤F，如果再次分析判断出比对特征有无的状态为T4，则按照判断出比对特征有无的状态为T4结果继续进行分析。
作为本发明的再一种优选方案，所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T3，则需要确定新的比对特征，设计新的分析方案，重复步骤E。
作为本发明的再一种优选方案，所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T4，则将不良品分为两部分，有比对特征的不良品为一部分，与全部良品共同构成状态T1，可直接进行步骤F；没有比对特征的不良品为一部分，则构成状态T3，需要确定新的比对特征，设计新的分析方案，重复步骤E。
作为本发明的再一种优选方案，所述步骤E中，判断出比对特征的有无状态为T5或者T6，则需要确定新的比对特征，设计新的设计方案，重复步骤E。
作为本发明的再一种优选方案，所述失效分析方法还包括步骤H：给出分析结论及建议。
本发明有如下优点：本发明方法通过将法学领域中的“同一认定原理”、“相对性原理”、“物质性原理”和“信息转移原理”运用到失效分析工作中，把针对不同失效模式的失效分析流程标准化，运用法学原理来整合失效分析全过程，从而能够在各项零散的证据之间实现相互验证，相对于其他的零散服务模式，对集成电路进行完整的失效分析，得出具有更强大的准确性和说服力的结论。
 
附图说明
   图1 本发明方法分析步骤流程图。
     
具体实施方式
下面对该工艺实施例作详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
如图1所示实施步骤，本实施方式共提供两组实施例。
实施例1：某单位需要对出现自动拨号问题的手机进行失效分析，分别提供个6不良品样品（编号为F1～F6）和5个参考样品（编号为R1～R5），其不良品样品中，R6的现象为一直自动拨号，即手机开机后6、7、8号键自动拨号，顺序不确定，频率不确定，直到手机没电自动关机，不良品样品F1～F5在检测时，偶尔出现6、7、8号键自动拨号现象。
进行前期无损检测和失效定位。将不良品样品置于85℃的环境中烘烤45分钟，冷却至室温，手机加电源开机后，自动拨号现象仍然存在，由此说明自动拨号的因素仍然存在。将不良品样品手机外壳去掉，剥离手机按键键盘，加电源开机后，自动拨号的现象仍然存在，排除了手机按键键盘引发失效。由于自动拨号为6、7、8号键，而非单个的号码，通过手机的电路原理图可知，6、7、8号键有一个公共节点KPD_R3，由此推测，导致自动拨号的信号应该在6、7、8号键的公共节点KPD_R3上。
在开机后，用示波器测量不良品样品KPD_R3上的波形，发现KPD_R3上有异常信号，其异常信号受到邻近的R366/D15上的信号影响，二者出现的时间和频率十分相似；而对比良品手机，KPD_R3上与邻近的R366/D15没有这种相互影响，公共节点KPD_R3上不会出现这种异常信号。由此说明不良品手机R366/D15上的信号与KPD_R3信号有相互影响，即对于自动拨号类的不良品手机，一旦开机，R366/D15就会产生信号，此时KPD_R3会同时产生信号，使KPD_R3上的信号由高电平（3V左右）变为低电平，相当于6、7、8号键产生自动拨号。
针对上述电学分析，对R366/D15与公共节点KPD_R3间进行电阻测量，结果如表1，出现一直自动拨号手机F6的R366/D15与公共节点KPD_R3间电阻值比良品手机同一位置的电阻值低很多。
表1 R366/D15与公共节点KPD_R3间的电阻
Figure 2011103868421100002DEST_PATH_IMAGE002
由此可以推测，手机自动拨号的产生原因可能是R366/D15与公共节点KPD_R3间短路。将R366/D15与公共点KPD_R3之间的短路特征作为比对特征进行后续分析。
后续的分析步骤为失效模拟实验、金相切片分析和SEM/EDS分析。
在参考样品R5的R355/D15埋孔与公共节点KPD_R3埋孔之间，直接相连一个不同阻值的电阻，以模拟自动拨号现象。试验后发现当两埋孔之间加载的电阻小于27KΩ时，参考样品R5自动拨号，模拟结果见表2。
表2 模拟失效试验结果
R366/D15与KPD_R3之间加载电阻Ω 有无自动拨号（6、7、8键） 自动拨号频率
0 自动拨号 不停自动拨号
10K 自动拨号 5分钟左右拨满屏
20K 自动拨号 8分钟左右拨满屏
22K 自动拨号 35分钟左右拨满屏
25K 自动拨号 偶尔有自动拨号
27K 自动拨号 偶尔有自动拨号
28K 没有发现 30分钟没有发现
29K 没有发现 30分钟没有发现
50K 没有发现 60分钟没有发现
100K 没有发现 12小时没有发现
对不良品样品和参考样品上的与R366/D15相连的埋孔及6、7、8号键公共节点KPD_R3相连的埋孔进行金相切片分析，发现不良品样品手机金相切片通孔之间有亮丝，平面研磨发现不良品样品的R366/D15埋孔与公共节点KPD_R3埋孔周围有圈状重影物质。参考样品通孔之间亮丝较短。
在测试的样品中，再对不良品样品金相切片表面丝状物质进行聚焦离子束切割及扫描电镜与能谱分析。通过分析可以看出，玻纤与树脂间有缝隙，缝隙内有铜元素存在。不良品样品平面研磨后对埋孔周围圈状物质进行能谱分析，检测结果证明，两埋孔间玻纤与树脂填充物质内有铜元素存在。
所以，R366/D15埋孔与公共节点KPD_R3埋孔之间由于铜的存在导致其两点间阻值变小，直至短路，从而导致手机自动拨号现象的产生。
实施例2：某单位要求对其提供的LED数码管样品进行失效分析，该单位共提供12个样品，其中不良品样品6个，未使用过的参考样品6个。失效背景为LED数码管在封装存放数月后，在客户端使用时出现不良现象，表现为LED灯不亮、断码、乱码等异常现象，不良率为11.7%。
首先进行前期的无损分析，分别对不良品样品和参考样品进行外观光学检查，未发现异常现象；分别对不良品样品和参考样品进行电学测试，测试表明6个不良品样品I/V曲线异常；进行X-ray检测，均未发现异常现象；将不良品样品置于120℃的环境中烘烤24小时，烘烤后再次进行电学测试，发现失效现象仍然存在；对某一不良品样品进行切片及光学检查，发现不良品样品的铜箔表面及芯片附近有绿色异物，怀疑该绿色异物可能是引起失效的原因，将其作为样品失效的比对特征。
根据客户的要求和已经得到的比对特征，后续的实验方案为：选取3个不良品样品和3个参考样品为第一组，剩余3个不良品样品和3个参考样品为第二组，对第一组样品进行切片和光学显微镜检查、金相切片和SEM分析，对第二组样品进行切片和光学显微镜检查、开封和SEM/EDS分析，再进行模拟实验验证失效机理。
分别对第一组样品和第二组样品切片后，SEM检查发现所有不良品样品的铜箔表面及芯片附近有绿色异物，而参考样品未发现这种现象。对第一组样品进行金相切片，进行SEM分析，发现参考样品的PCB板铜镍层厚度较厚。对第二组样品进行开封和SEM/EDS分析，发现不良品样品和参考样品的铜箔表面都有碳（C）、氧（O）、镍（Ni）、金（Au）元素，而不良品样品还发现氯（Cl）元素。对不良品样品LED附近铜箔上的绿色异物进行SEM/EDS分析，发现绿色异物为晶体结构，主要成份为镍（Ni）、氯（Cl）、碳（C）、氧（O）。对不良品样品芯片上异物进行SEM/EDS分析，该异物主要成份为氯（Cl）、镍（Ni），对参考样品的LED芯片底部、顶部和侧面进行能谱分析，均未发现镍（Ni）元素。
据以上分析可以认为，LED数码管失效的原因是芯片附近的绿色异物导致LED失效。
将芯片附近的环氧树脂去除，使用丙酮溶液将芯片附近的绿色异物清洗烘干后进行电学测量，发现失效现象消失，I/V曲线恢复正常，从而进一步验证了失效机理。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式的举例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种失效分析方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
 A、接收良品样品和不良品样品；
B、对不良品的失效背景和失效现象进行归纳和总结；
C、对不良品进行前期无损分析和失效定位汇总，失效机理预计，确定比对特征；
D、结合预计失效机理和客户要求，设计分析方案；
E、使用设计的分析方案分别对良品和不良品进行分析，分别确定比对特征的有无；
F、根据良品和不良品比对特征的有无，确定出物证特征，判定出不良品的具体失效原因，得出失效机理。
2.根据权利要求1所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述失效分析方法还包括步骤G：进行模拟实验，验证失效机理。
3.根据权利要求1所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述步骤A中接收的良品样品数量和不良品样品数量都不少于3个。
4.根据权利要求1所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述步骤E中良品和不良品比对特征的有无状态包括：T1：全部不良品都有该比对特征，全部良品都没有该比对特征；T2：部分不良品有该比对特征，全部良品都没有该比对特征；T3：全部不良品都有该比对特征，全部良品都有该比对特征；T4：部分不良品有该比对特征，全部良品都有该比对特征；T5：部分不良品有该比对特征，部分良品有该比对特征；T6：全部不良品有该比对特征，部分良品有该比对特征。
5.根据权利要求4所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T1，则可以直接进行步骤F。
6.根据权利要求4所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T2，则需要优化分析手段，再次进行分析，如果再次分析判断出比对特征有无的状态为T1，则可以直接进行步骤F，如果再次分析判断出比对特征有无的状态为T4，则按照判断出比对特征有无的状态为T4结果继续进行分析。
7.根据权利要求4所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T3，则需要确定新的比对特征，设计新的分析方案，重复步骤E。
8.根据权利要求4所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述步骤E中，判断出比对特征有无的状态为T4，则将不良品分为两部分，有比对特征的不良品为一部分，与全部良品共同构成状态T1，可直接进行步骤F；没有比对特征的不良品为一部分，则构成状态T3，需要确定新的比对特征，设计新的分析方案，重复步骤E。
9.根据权利要求4所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述步骤E中，判断出比对特征的有无状态为T5或者T6，则需要确定新的比对特征，设计新的设计方案，重复步骤E。
10.根据权利要求2所述的一种失效分析方法，其特征在于：所述失效分析方法还包括步骤H：给出分析结论及建议。
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