摘 要:本文对电子元器件的失效分析技术进行了研究并加以总结。对电子元器件的失效原因、失效机理等故障现象进行了分析。电子元器件的质量与可靠性保证体系一个重要组成部分是失效分析，对电子元器件进行失效分析，才能及时了解电子元器件的问题所在，才能为设备及系统的正常工作带来可靠保障。
关键词：电子元器件；失效分析技术；研究；失效原因；保障
0 引言
随着现代社会的进步和科学技术的迅速发展，各种与电子元器件相关的电子产品与社会的发展和人们的日常生活息息相关，它们的质量决定着人们这个信息时代的发展与进步。在当前市场竞争的激励下，电子产品趋向微型化、智能化，市场对电子产品质量的要求也越来越高。电子产品的质量和可靠性是密不可分的，可靠性研究对保障和提高电子产品质量是至关重要的，因此对失效分析的要求也越来越高。电子产品失效分析的目的不仅在于失效性质的判断和失效原因的明确，更重要的还在于为积极预防重复失效找到有效途径。电子元器件失效分析要做到模式准确、原因明确、机理清楚、措施得力、模拟再现、举一反三。
各种航空航天装备、军用电子装备及各种民用电子整机产品等是由电子元器件组成的，一旦某一个电子元器件发生故障就会引起整机产品的局部功能失效或整机功能全部丧失。此时必须对失效的电子元器件进行分析，查找失效原因和失效机理。对电子元器件失效原因的诊断过程即为失效分析。失效分析的目的是确定失效模式和失效机理，提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。从而保证和提高了各种电子装备上电子产品的质量。
进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术,电子元器件则是电子信息技术发展的前提。为了促进电子信息技术的进一步发展，就更要提高电子元器件的可靠性，所以就必须了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。
1 失效的含义
失效是指电子元器件出现的故障[1]。各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的复杂程度就较高；反之，则低。一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丧失。
2 失效的分类
根据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法[2]。以失效原因为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。以失效后果的严重程度为标准：主要分为轻度失效、严重失效以及致命失效。除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。
3 失效分析的一般原则及要求
对于失效的电子元器件，其遵循的基本原理是以非破坏性的检查为先，逐步分析。在非破坏性的检查不能发现失效根源的基础上，再对失效器件进行深入探究。对失效器件的分析，每一步程序都要取得必要的信息。许多分析程序都是破坏性的，不可重复，不可逆的。因此失效分析时要按程序小心进行，防止将真正的失效原因遗漏或引入新的失效因素。对电子元器件失效分析要遵循相关的原则，即：①先方案后操作；②先外检后通电；③加电测试先弱后强；④先静态后动态；⑤先外部后内部；⑥先宏观后微观；⑦先一般后特殊；⑧先简单后复杂；⑨先主要后次要；⑩先无损后破坏。
4 失效的机理
电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致原因作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。
①表层劣化:元器件钠离子遭污染然后造成沟道出现漏电、γ辐射
有损、表面蠕变或击穿等；②设计问题造成的劣化:指单子元器件的电路、版图以及结构等方面出现的设计问题；③内部劣化:是指由CMOS闭锁效应、二次击穿、重金属玷污、中子辐射损伤以及材料问题所引发的瞬间功率过载、结构性能退化等；④使用不当引起的损坏:指电浪涌损伤、静电损伤、过高温度造成的破坏、干扰信号导致的故障等；⑤金属化系统劣化:是指电子元器件内的铝电迁移、铝腐蚀、铝缺口等；⑥封装劣化:是指管腿出现腐蚀、漏气或壳内有外来物导致短路或漏电等[3]。
5 失效分析的常用技术手段和方法
失效分析常用的技术手段有：1）外部目检，对引线及镀层、各种标识等至少放大30倍的情况下进行观察，判断外观是否有异常；2）管脚电特性测试，通过管脚之间电特性测试，可以发现管脚之间是否存在有开路、短路等失效模式。当电特性测试等发现内部可能有开路、短路时，应进行X射线分析；3）电性能测试就是对元器件功能测试、各种电参数测试，以便确定其失效模式；4）细检漏和粗检漏，检查器件的密封性，判断器件是否存在漏气现象；5）超声扫描显微镜检查，对粘片不良留有空洞的检查特别有效；6）颗粒碰撞噪声检测即PIND检测，怀疑内部有多余物时，应进行颗粒碰撞噪声检测。
以上分析可以在开帽前进行。开帽后进行以下一些检查：电性能复测；内部目检，观察全局或局部情况，可以进一步观察粘污、烧毁、加工工艺等情况；红外扫描显微镜检查技术，检查芯片上的热分布是否合理；扫描电镜（SEM）检查技术，主要是对局部进行大倍数目检和成分分析；键合强度的测试以检查键合工艺情况；微探针台测试；逐层去掉表面层技术等。
电子元器件失效分析的技术有很多，但常用的主要有下列几种，具体介绍如下。
5.1 拔出插入法。
拔出插入法是指通过对组件板或者插件板拔出又插入的过程进行监视，以此为根据，判断拔出插入的连接界面是否就是故障发生的地方。值得注意的是，采用拔出插入法进行失效分析时，在组件板或者插件板拔出又插入的过程当中，会存在特殊状况，即状态发
生改变的地方有时不仅是连接接口，还有可能是其他部位。所以在应用拔出插入法时，要注意观察每个部位及微妙的变化，才能做出正确的判断。
5.2 感官辨别法。
通过眼观部件外形、手触感知部件温度与软硬程度、鼻嗅味道、耳听声音，判断是否存在异常的方式即为感官辨别法。感官辨别法操作简便、省钱，只是能够辨别的内容会受感官能力的制约。
5.3 电源拉偏法。
电源拉偏法是指把正常的电源与电压拉偏，使其处于非正常状态，然后暴露出薄弱环节或故障，进而可以反映出故障或濒临故障的组件、元器件部位。这种方法一般用在由于工作时间较长导致的故障或初步判断是电网波动引发故障的情况。值得提醒的是，电源拉偏法具有一定的破坏性，使用这种方法前一定要检查保险系数或其他因素，切记勿随便使用。
5.4 换上备件法。
通过对被取下值得怀疑的元器件或部件的监视，然后把合格的备件换上之后，再对出现的故障现象进行对比分析，如看其故障现象有无消失，最后确定故障源点是否处于被取下的部件中，这种方法即为换上备件法。
以上介绍的是电子元器件失效分析应用频率较高的几种方法，除此之外，还有静态、动态测量法；升高、降低温度法；敲捏定位法等。
6 失效分析的思路
要做到有效地对电子元器件进行失效分析，必须形成清晰的思路。一般对电子元器件进行失效分析主要按这样的思路进行逐步分析：①确定是否为失效；②明确失效分析的最终目的；③从失效现象入手，罗列失效位置的所有疑点；④拟定除疑点的方案；对失效位置逐级分析；⑤设想并列举所有可能引起失效部位现象的原因；⑥用实验检验设想；⑦提出预防失效的方案并对之进行评审；⑧用事实检验预防失效的方案是否有效；⑨真正实施预防失效的方案[4]。
7 失效分析的原则
对电子元器件失效分析要遵循相关的原则，常用的一些原则具体如下。
7.1先主要后次要的原则。
一般是通过故障影响功能的程度判断主要次要。在明确了主要次要问题后，先解决主要问题再解决次要问题。
7.2先方案后操作的原则。
在进行失效分析时，分析人员必须先冷静，在脑里想出解决方案再进行操作，切勿盲目操作，再引起其他更大的元器件失效。
7.3先一般后特殊的原则。
先对经常出现失效的位置进行检查，再检查较少出现失效的位置。
7.4先弱电后强电的原则。
一般面对发生故障的整机或者出现失效的样品，在对其进行性能检测或者判断故障部位时，输入信号、电源功率等要视具体情形从弱到强。值得提醒的是，在从弱到强的的整个变化中，必须密切观察并把不正常的现象记录好。此外还要预防功率过满引起突然开机、关机，造成电力冲击，最终扰乱失效状态，再增加失效分析的困难[5]。
此外，还有先简单后复杂、先安检后通电、先宏观后微观、先外设后主机、先静态后动态、先断电后换件、先公用后专用等原则。
8 结束语
失效分析是从结果推断失效原因的过程，常常是一果多因，所以失效分析工作需要正确的分析思路和程序，它可以帮助分析人员快速、准确地查明失效原因和机理。电子元器件是电子整机产品的源头，失效分析是电子元器件质量、可靠性工作的基础环节，失效分析是基于对元器件工艺、结构和电特性的了解、对其失效模式、失效特征及失效机理的掌握、以及对失效分析程序、失效分析技术的灵活运用。为了让电子设备或电子系统可以正常可靠地运行，就
必须保证电子元器件的可靠性，因此培养高水平的失效分析技术人员是现阶段和将来我们努力的目标，失效分析技术研究与失效预防任重道远。
通过对电子元器件失效分析技术的相关研究，可以了解到电子元器件发生失效的原因、失效模式、失效机理及一些分析常用的分析方法等。电子元器件是电子整机产品的源头，为了让电子设备或电子系统可以正常可靠地运行，就必须保证电子元器件的可靠性，因此掌握电子元器件失效分析的技术就变得十分必要。
参考文献
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[2] 陈铁军,王梓宇,黄蜂茜.基于电流控制模式的开关电源的设计[J].微计算机信息,2009(2－1):168－170．
[3] 于海燕. 电子元器件的使用管理与控制[ J] . 科技信息.2010(18):55-58.
[4] 温培和.常用电子元器件的性能分析[J].价值工程.2010(36):89-91.
[5] 崔晓英,黄云,恩云飞.GaAs器件和MMIC的失效分析[J].失效分析与预防.2010(03):75-79.
[6] 孔学东，恩云飞．电子元器件失效分析与典型案例［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００６．