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电子产品失效分析大全电子产品失效分析大全继电器失效分析1、样品描述所送样品是3种继电器，其中NG样品一组15个，OK样品2组各15个，代表性外观照片见图1。委托单位要求分析继电器触点的元素成分、各部件浸出物的成分，确认是否含有有机硅。 图1 样品的代表性外观照片2、分析方法 2.1 接触电阻 首先用毫欧计测试所有继电器A、B接点的接触电阻，A、B接点的位置见图2所示，检测结果表示NG样品B点的接触电阻均大于100 m，而2种OK样品的A、B点的接触电阻均小于100 m。 图2 样品外观照片2.2 SEM&EDS分析 对于NG品，根据所测接点电阻的结果，选取B接点接触电阻值高的2个继电器，对于2种OK品，每种任选2个继电器，在不污染触点及其周围的前提下，将样品进行拆分后，用SEM&EDS分析拆分后样品的触点及周围异物的元素成分。触点位置标示如图3所示。 所检3种样品共6个继电器的触点中，NG品的触点及触点周围检出大量的含碳（C）、氧（O）、硅（Si）等元素的异物，而OK品的触点表面未检出异物。典型图片如图4、图5所示。 图3 触点位置标识（D指触点C反面）图4 NG样品触点周围异物SEM&EDS检测结果典型图片图5 OK样品触点的SEM&EDS检测结果典型图片2.3 FT-IR分析 在不污染各部件的前提下，将2.2条款中剩下的继电器进行拆分，并将拆分后的部件分成3组，即A组（接点、弹片（可动端子、固定端子）、B组（铁片、铁芯、支架、卷轴）、C组（漆包线），分别将A、B、C组部件装入干净的瓶中，见图6所示，处理后用FT-IR分析萃取物的化学成分，确认其是否含有有机硅。 图6 拆分后样品的外观照片结果表明，所检3种样品各部件的萃取物中，NG样品B组（铁片、铁芯、支架、卷轴）和C组（漆包线）检出有机硅，其他样品的部件未检出有机硅。典型图片见图7所示。图7 NG品C组部件萃取物与聚二甲基硅氧烷的红外吸收光谱比较图3、结论1）所检3种继电器样品中，NG品B接点的接触电阻均大于100m，不符合要求；而OK品A、B接点的接触电阻及NG品A接点的接触电阻均小于100m，符合要求； 2）所检3种继电器（2个/种）的触点中，NG品的触点及触点周围检出大量的含碳（C）、氧（O）、硅（Si）等元素的异物，而OK品的触点表面未检出异物；3）所检3种继电器（13个/种）部件的萃取物中，NG品B组（铁片、铁芯、支架、卷轴）和C组（漆包线）检出有机硅，其他样品的部件未检出有机硅。聚合物分析1、样品描述所送样品是2种黑色防紫外线扣，其外观照片见图1。委托单位要求确定2种样品的主成分是否为尼龙，如果是尼龙，再确定是尼龙6还是尼龙66。图1 样品的外观照片2、分析方法及结论 2.1用显微红外光谱仪（FT-IR）分析样品是否为尼龙，2种黑色防紫外线扣与尼龙的红外吸收光谱比较图如下，由此得出2种样品的主成分相同，均为尼龙（Nylon）。图2 2种黑色防紫外线扣与尼龙的红外吸收光谱比较图2.2用示差扫描量热仪（DSC）测试样品的熔点，确认样品是尼龙6还是尼龙66。结果显示所检“11” 黑色防紫外线扣的熔点为260.8，“13” 黑色防紫外线扣的熔点为261.2，即2种黑色防紫外线扣的熔点与尼龙66的相近。（备注：尼龙6的熔点为215225，尼龙66的熔点为250260）漏电失效 （CAF） 一、样品描述：手机开机固定的键开始自动拨号。 图1 按键位置图二、电性能测试电性能测试发现失效品的总线R366与6、7、8号键间的阻值为0.01 M，而正常品R366与6、7、8号键间的电阻值为4.68M，即失效品R366与6、7、8号键有短路。且6、7、8处波形异常。 图2 失效样品波形测试图图3 正常样品波形测试图图4 失效孔位置图三、金相分析图5 失效孔位置阳极导电丝图片四、分析结论间存在阳极导电丝导致漏电失效是引起产品自动拨号的原因。焊点开裂（黑焊盘） 一、 样品描述：在测试过程中发现板上BGA器件存在焊接失效，用热风拆除BGA器件后，发现对应PCB焊盘存在不润湿现象。 二 、染色试验：焊点开裂主要发生在四个边角上，且开裂位置均为BGA器件焊球与PCB焊盘间。开裂面积 开裂模式 ?Type A: 100%开裂 Type 1: 器件焊盘与焊球间开裂 ?Type B: 50%开裂100%Type 2: PCB焊盘与焊球间开裂 ?Type C: 开裂50%/?Type D: 未开裂 /?Type E: 无焊点 / 三、 金相及SEM分析图2 开裂焊球SEM照片图3 开裂焊球SEM照片图4 失效PCBA焊盘富磷层EDS分析图5 失效PCBA焊盘正常部位Ni层EDS分析四、 综合分析对所送PCBA器件焊点进行分析，均发现已失效器件和还未失效器件焊点在IMC与Ni层的富磷层（P-Rich）间存在开裂，且镍层存在腐蚀；在焊接过程中，Sn与Ni反应生成Sn/Ni化合物，而镍层中的磷不参与合金反应，因此多余的磷原子则会留在镍层和合金层界面，过多的P在镍和IMC界面富集将形成黑色的富磷（P-Rich）层，同时，存在的镍层腐蚀会影响焊料与镍层的结合，富磷层和镍层腐蚀的存在会降低焊点与焊盘之间的结合强度；当焊点在组装过程中受到应力时，会在焊点强度最弱处发生开裂，BGA封装角部焊点由于远离中心点，承受的应力更大，故开裂一般会先发生在角部。由于未发现板子严重翘起、器件机械损伤等异常应力作用的特征，因此导致焊点开裂的应力可能来自于回流焊接或者波峰焊接过程等环境中所受到的正常应力。同时，同批次及相邻批次PCB样品（生产日期0725和0727）Au/Ni焊盘SEM&EDS的分析结果也表明，PCB焊盘Ni层也存在一定腐蚀。由以上分析可得，由于较厚富磷层（P-Rich）及镍层腐蚀的存在，将降低焊点与焊盘之间的结合强度，使得该处成为焊点强度最薄弱的地方，在受到正常应力情况下，发生开裂失效。五、分析结论（1）BGA器件焊接失效表现为焊点存在100%开裂，开裂位置发生在IMC与PCB焊盘Ni层的富磷层（P-Rich）间。（2）导致BGA焊点开裂的原因是，焊点中PCB面焊盘镍层存在腐蚀以及镍层表面富磷层的存在降低了焊点与焊盘的机械结合强度，当受到正常应力作用时发生开裂失效。上锡不良 一、样品描述：委托单位称上述PCBA存在明显的吃锡不良现象（图中红色箭头标示处），且上锡不良均发生在第二次焊接面，通过改变锡膏、PCB板及不同的生产线都无法改善。 二、外观检查上锡锡不良焊点在PCB焊盘一侧呈现明显的不润湿或反润湿现象，焊料全部流向元器件可焊端。 三、 金相分析PCB焊盘吃锡不良的焊点中焊料在PCB焊盘一侧均存在润湿不良，不润湿处PCB焊盘表面可见明显的金属间化合物，焊料润湿不良处PCB焊盘表面可焊性镀层不明显。 四、分析结论PCB焊盘的可焊性镀层厚度不均匀，局部位置的可焊性镀层偏薄，在经过一次回流焊接后，锡铅可焊性镀层与PCB Cu焊盘之间形成合金，降低了PCB焊盘的可焊性。可焊性降低最终引起上锡不良。USB失效分析典型案例1.失效现象： 样品为4PCS USB壳，外观照片见图1，申请单位反映这些USB金属壳表面生锈，需分析USB铁壳生锈的原因。图1 样品外观照片2 分析过程2.1 外观检查目测USB壳外观，发现外被覆有透明塑胶层的USB金属壳表面呈现红色锈斑（见图2），而暴露在外面的未被覆透明塑胶层的USB壳表面则较清洁，呈现金属光泽（见图3）。图2 外被覆透明塑胶层的USB壳局部外观图片图3 未被覆塑胶层的局部USB壳表面外观图片 2.2 SEM观察和EDS分析 分别对USB壳锈蚀部位（壳体及尾部）及正常USB壳表面进行SEM&EDS分析，代表性SEM照片及能谱图详见图4、图5， 测试样品的SEM 照片显示：USB壳锈蚀部位均检出碳（C）、氧（O）、铁（Fe）、镍（Ni）元素及高含量的强腐蚀性的硫（S）、氯（Cl）元素，同时还检出较高含量的锡（Sn）元素；正常USB壳表面仅检出铁（Fe）、镍（Ni）元素。 图4 USB壳体锈蚀处的SEM&EDS谱图图5 USB壳正常位置的SEM&EDS谱图2.3 红外光谱分析（FT-IR） 按GB/T 6040-2002的方法，取适量USB壳外被覆塑胶，将其置于红外显微镜下进行红外光谱分析，检测结果显示USB壳外被覆塑胶材质为聚氯乙烯（PVC）。3 分析结论1）USB壳在氯（Cl）、硫（S2）、锡（Sn）元素、氧（O2）及水（H2O）等的作用下发生腐蚀，同时USB壳的表面镀层存在针孔、裂纹等缺陷也会加速USB壳的腐蚀。2）腐蚀性的氯（Cl）、硫（S）元素及杂质锡（Sn）元素可能来源于USB产品生产工艺中的过程污染，其中氯（Cl）元素也有可能来源于其外被覆PVC塑胶层的降解。高压瓷介电容器吸潮漏电击穿1. 样品名称：高压瓷介电容器 2. 背景：交变潮热后耐压试验。 3. 失效模式：漏电击穿。 4. 失效机理：潮热吸水造成漏电击穿。 5. 分析结论：电容器击穿是由于瓷体存在裂纹，裂纹的存在一方面加剧了电容器边缘电场分布的不均匀程度，另一方面可能使电容器在交变湿热试验后残留水分，降低了电容器的抗电强度。裂纹形成的原因可能是瓷体烧前的机械划痕或者成型时原料中混入了可燃性异物。 6. 分析说明：电容器击穿部位包封料已脱落，击穿部位银电极发生局部熔融，并向四周散开（图1，图2）；击穿部位电容器的侧面有明显的烧痕迹，说明电容器边缘发生击穿。 在显微镜下观察，击穿部位明显的裂纹，图3。能谱分析表明，击穿通道上玻璃相有微裂纹。 电容器击穿部位银电极熔融照片电容器侧面的击穿位置裂纹照片裂纹放大照片裂纹位置玻璃相形貌电镜照片FCBGA封装器件的失效分析与对策1 引言随着硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大。为满足发展的需要，减少器件的寄生电感、噪声，传统引线键合形式逐步被新型封装形式所取代。在原有封装品种基础上，倒装芯片球栅阵列封装利用焊球凸点实现芯片与封装基板的电连接，把裸芯片正面朝下安装在基片上，结构示意图见图（1）成为高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择1。向下朝放的芯片表面与基板之间的空隙（solder bump的高度）填充着非导电的填充物underfill，通常为环氧树脂。该underfill的作用为（1）保护焊球凸点不受潮气、空气或其他化学物质影响；（2）减少芯片与基板之间的热失配问题，减少分层现象或热疲劳损伤引起的失效。但是，FCBGA封装器件制造过程中会经历多个高温阶段，芯片与封装基板之间的热膨胀系数不同，很容易由于热膨胀不匹配而产生破裂或分层现象，加剧了焊球可靠性的退化。无铅焊球工艺的引入使工艺和焊接温度提高，加大了焊球间短路的可能性；同时，Sn含量的增加和封装焊球间距的缩小加剧了锡须发射的几率，对其可靠性及相关影响因素需要进一步的研究。2 试验与分析结果2.1 倒装芯片上焊球间短路的案例分析DSP处理器经失效模式验证，确认很多电源焊球与地之间短路，特别是内核电压大部分焊球与地短路。通过逐层剥层并将样品芯片整个露出，可见芯片上的焊球之间明显存在短路通道（图2）。图3为焊球间短路的局部放大图。透过图3所示的剖面层，也可以清楚看见该层之下层面存在大量的焊球间短路现象。X射线透视检查验证了短路通道在观察剖面和剖面下都存在，图4。为了进一步确认短路处的成分，对焊球间的连接物进行能谱成分分析（图56），能谱分析结果表明，短路处材质和焊球材质相同，均为铅锡焊料，焊料含铅量在22%32%左右。对好品的焊球也进行能谱分析，焊球为含铅约23%的铅锡合金，与失效样品焊料成分相同。考虑到BGA封装过程中采用回流焊接工艺连接芯片焊球与PCB衬底，焊料在此过程中会熔化。因此判断短路是在回流焊接时形成的，是焊球在高温时熔融形成的短路通道。FCBGA封装器件，经失效模式确认，样品大部分管脚与地之间为开路。进行crosssection分析，发现芯片上的焊球多处发生断裂开路，如图7所示。该样品为塑料FCBGA封装，对潮湿非常敏感，在高温条件下，它能使封装器件与衬底裂开。这是由于芯片与基板之间所填充的环氧树脂容易吸附潮气，当器件被加热到再流焊温度时，它所吸附的潮气就会汽化，在环氧树脂内造成大的应力，水汽如果在粘模片下的衬底上形成气泡，将导致炸裂。如果吸附的潮气很多，那么炸裂就会很厉害，使芯片凸点与封装基板之间发生裂缝分层、焊球断裂，最终导致多个管脚与地之间开路失效。3 预防与改进FCBGA封装器件很容易受回流焊工艺的影响，发生因underfill膨胀分层而焊球断裂开路的状况，或者高温焊接过程导致焊球熔融、连接形成短路通道的失效现象。因此，必须严格控制好FCBGA的安装及使用过程。在安装前，最好把器件放在125的烤箱中烤24小时，且这种烘烤最好能在惰性气体环境中进行。否则，回流焊中的高温很容易导致吸潮的环氧树脂汽化炸裂。塑料FCBGA属于湿敏性元件，出厂时均是采用真空包装，但在运输周转过程中很容易破坏其真空包装，导致元件受潮和焊球氧化，受潮器件在安装拆卸时易发生水汽汽化导致封装器件与衬底裂开的失效现象。非真空的元件应该放入低湿柜中按要求进行贮存，防止器件吸潮和焊球的氧化。同时按“先进先出”的原则进行控制，尽量降低贮存风险。受潮的P-FCBGA在使用前必须进行除湿处理，BGA的除湿通常有低温除湿和高温除湿两种。（1）低温除湿是采用低湿柜除湿，除湿比较费时，通常在5%的湿度条件下，需要192小时；（2）高温除湿是采用烘箱除湿，除湿时间比较短，通常在125条件下，需要24小时。实际中，对那些非真空包装的元件进行高温除湿后，放入低湿柜中贮存，以缩短除湿的周期。对湿度严重超标的封装建议采用低温除湿，而不采用高温除湿，由于高温除湿的温度较高（大于100摄氏度）而且速度快，如果湿度较高，会因为水分的急促汽化而导致元件失效。在生产现场使用时，真空包装的元件拆封后，必须交叉检查包装的湿度卡，湿度卡上的湿度标示超标时，不得直接使用，必须进行除湿处理后方可使用。生产现场领用非真空包装的元件时，必须检查该料的湿度跟踪卡，以确认该料的湿度状态，无湿度跟踪卡的非真空包装的元件不得使用。同时严格控制BGA在现场的使用时间和使用环境，使用环境应该控制在25摄氏度左右，湿度控制在40-60%之内，BGA现场的使用时间应控制在24小时以内，超出24小时的BGA必须重新进行除湿处理。同时，必须严格控制好回流焊的温度、时间，一定要依据BGA制造商提供的数据，防止损坏BGA的内部结构或由于再流时间过长而造成的器件损坏。一般再流焊条件为：最佳温度215，最高温度低于240，熔化温度183下保持3060秒。适用于Sn63Pb37再流焊各阶段的温度控制曲线可参考图8。4 结论1）FCBGA器件中的焊球在高温焊接过程中出现焊球熔融、连接形成短路通道的失效现象。2）FCBGA 封装器件容易受回流焊工艺的影响，发生因焊球间填充物（underfill）膨胀分层、焊球断裂而开路失效。3）FCBGA是湿敏性元件,使用前需进行除湿处理。集成电路芯片安全隐患检测技术1 引言 电子元器件特别是集成电路是现代电子设计中重要的部件，作为整个信息产业的基础，在信息安全上有着重要和关键性的作用，这不仅表现在现代信息处理要依赖集成电路技术，更反映在集成电路本身的安全与否和被处理信息的安全息息相关1。一颗集成电路芯片由几百万个甚至几亿个晶体管构成，如果设计者在其中的某些晶体管上“开了后门”，一般是很难查出来的，这样就为使用者造成了隐患。随着现代集成电路技术的发展，包含CPU、存储器、信号产生/发射单元以及嵌入式软件等的集成电路已广泛应用于通讯数据处理、信息存储之中，而这些电路中包含的软件算法、运算单元、存储结构以及信号发射/接受控制电路等，都容易在设计过程中被植入恶意的、不受使用方控制的程序或电路，导致在使用过程中出现不受控的安全问题；也有可能是在设计过程中由于考虑不周全而存在设计漏洞，从而在信息交换或处理中被他方窃取。这些问题都属于电子元器件的安全隐患问题，经常会导致被处理信息的泄漏，导致公司重要客户信息或决策被竞争对手获取，造成严重的不良后果。研究集成电路的安全隐患问题，不仅仅是防止信息的丢失或保证系统的安全，更主要的是找到不安全隐患的原因，制订出对策，确保使用的芯片更可靠，系统更不容易出问题。2 集成电路芯片的安全隐患类型 不考虑由于设计不完善导致的安全隐患问题，要在集成电路中实现植入后门、制造安全漏洞的方法通常有三种：一种是完全用硬件实现，在电路中专门设计特殊的控制单元，与电路的正常功能一起工作，占用芯片的面积和逻辑电路资源，这可以在简单的电路中就得到实现；一种是将控制信息和算法完全用软件实现，在需要时通过特定信号进行触发或定时触发，这种方法一般是用在高级的电路中；第三种是软硬件结合，将控制信息和处理部分用硬件、部分用软件来实现，这种方法是最难被检测到的方法，但通常成本也是最大的。 针对这几种产生电路安全隐患的手段，相应的芯片安全检测方法也可以分为三大类：物理检测，电学检测和协议检测。物理检测的核心是通过逆向工程的方法获得集成电路的版图，并经过分析掌握与安全相关的电路拓扑，进而找到与安全隐患相关的电路部分。在电学检测中，可以将芯片置于非正常状态以探取芯片设计中的逻辑漏洞并确定其类型，或者对集成电路芯片的每个动作产生的微小电性能差异进行跟踪和分析，从而了解芯片的内部可能存在的异常功能电路；协议检测是在获得了部分安全控制算法结构的信息之后由这方面的专家或熟知这方面技术的专业人员通过分析和尝试进行的一种检测手段。 协议检测的方法需要对信息控制和算法有比较深入的了解，一般属于密码学的范畴，需要信号处理和通信方面的专家来进行，同时还需要对集成电路内部逻辑结构有较深入的理解，实施起来比较困难。在目前的设备条件和技术能力来看，更多的采用物理检测和电学检测相结合的方法来实现电子元器件的安全隐患检测是一个可行的方案。3 安全隐患检测的检测方法3.1 电学检测 针对怀疑存在安全隐患的电路，分析其中可能的导致安全隐患的结构，使用一系列专门设计的较短的测试向量来激励特定的电路单元和被测电路网络，结合电路的结构分析，对芯片电路各组成部分逐一分析，确定电路中存在/不存在怀疑的结构。同时，通过模拟各种特殊环境应力条件（如超高频信号、电磁脉冲环境、过电应力条件等），分别在芯片处于非工作状态或正常工作状态下测试其功能和参数，与常规工作状态进行比较，检测芯片内部是否存在易受外加信号触发的结构。 对需进行安全检测分析的集成电路采用高时域精度的方法，分析电源接口在集成电路正常工作过程中产生的各种电磁辐射的以及电源电流变化的模拟特征。芯片中隐藏的附加的电路在启动后也会消耗一定的功率，因此可以测试和比较电路导通瞬间的电流IDDT，进一步通过频谱变换如傅立叶分析和小波分析的方法来确定异常的导通瞬间电流，来判断是否存在附加的电路。IDD频谱图形测试方法是在被测样品（DUT）的输入端施加测试向量，测试向量的频率可达到DUT的工作频率2。DUT工作时，其内部晶体管处于开关工作状态，DUT电源电流包含了晶体管开和关的开关电流。通过频谱仪检测分析DUT的电源电流，在频率域而不是时域获取电源电流的信息，除可获得晶体管静态电流所包含的信息，还获得晶体管开关工作时开关电流的信息。如果测试向量输入时，异常的集成电路结构将导致异常的电流成份出现，这块集成电路的电流频谱将和正常的集成电路不同，两者比较分析便可判断该集成电路是否存在未列出或冗余的电路模块。基于集成电路芯片工作电流变化的电学检测技术是通过对集成电路运行过程中的信号变化以及能量消耗进行分析，判断其电流输运和信号传递路径的方法，包括电压分析技术、故障分析技术、时间分析技术、简单的电流分析技术、差分电流分析技术、电磁辐射分析技术等，其中应用最多、也最广泛的技术是简易功率分析和微分能量分析技术3,4,5。3.2 软硬件协同测试对于含有嵌入式软件的电路，需要进行软硬件的协同测试。采用快速原型系统，将电路置于系统仿真验证环境中，对电路的各个功能块利用与其有关的成套系统测试分别孤立的加以测试验证，辨别其中的特殊模块，特别是其中的控制数据流向、信号传递的模块，与常规控制模块进行比较。同时，软硬件协同测试，有利于分辨电路控制指令的功能，确定各个阶段电路的工作状态。在芯片的检测过程中，采用单步跟踪和断点是最根本技术。3.3 物理检测即版图分析，采用反向工程的方法利用开封、制样、拍照、拼图、扫描电镜、电子探针等硬件设备对芯片版图进行细致分析，检测提取相应的电路结构，分析判断其中超过功能要求的部分，确定是否存在后门电路和冗余电路等安全隐患。结构分析在芯片安全检测中的作用主要体现在可以通过版图重构技术重新建立芯片的逻辑电路图，从物理层次分析电路不同模块的作用，以发现当中是否包含由异常的有可能是安全隐患的电路模块。在物理上解剖芯片，可以使用各种化学腐蚀和机械剖切的手段，一微米一微米地将芯片上的不同覆层剥离，再使用光学显微镜和精密机械探针，研究芯片的电连接和功能。用于芯片安全隐患检测、分析的系统和分析设备包括电子束探针系统、聚焦离子束、红外热像仪、扫描电镜、显微镜、半导体参数分析仪等。通过使用这些仪器，就能对芯片各表层和纵向剖面进行分析，准确定位芯片内部信号传送路径以及电平转换节点，分析提供完整的芯片内部物理结构。例如，电子束诊断系统的探针能够透过芯片表面钝化层探测、采集到器件波形，快速准确地定位和分析节点信号，并提供出较有效的电压信号变化信息。离子束修补系统可对工艺线宽最小至0.35 微米的集成电路封装器件或管芯进行修补，包括切割介质、切割金属、淀积金属、淀积二氧化硅，从而实现对集成电路布线修改、测试点制作、电阻修调以及剖面制作等。在芯片安全隐患的检测过程中，若有可能，应尽可能的选择相同或相近的、已知结构和功能的芯片或结构进行对比性检测分析。4 基于电流变化的电学检测技术CMOS门电路是由上拉P MOS晶体管和下拉N MOS晶体管电路互补构成的，通常情况下只有一个晶体管导通。当集成电路内部处理的数据发生变化时，反映在CMOS电路上即为状态的变化，这种状态的变化导致CMOS电路的功率消耗，也就是电路上电流的变化。理想状态下，CMOS集成电路静态电流为零，晶体管开关上升沿和下降沿为垂直，开关电流为零，不存在功耗的问题。但实际上，CMOS集成电路在工作过程中，晶体管的开关过程是一个对其负载充放电的过程，需要一定的时间，消耗一定的功率；而且，管子处于关态时，有一定的漏电流。最简单的CMOS集成电路单元CMOS反相器结构如图2所示，CMOS反相器工作时的的电压、电流波形表示在图2的右侧。 CMOS反相器在实现倒相功能时有三种类型的功耗：a 泄漏电流功耗，就整体功耗来说是很小的一部分；b 发生0到1转换时的短路电流功耗，通常这部分大约占整体功耗的20%；c 对负载充放电的动态功耗，这是CMOS电路消耗的最大功耗。如果芯片中一个CMOS门改变了状态，这种改变可以通过检测电源Vdd (Vss) 端的电流获得。变更状态的电路越多，耗散的功率越大。输入端的变化导致了输出端的变化，通过测量电源端的电流，可以分析输出端是否有从0到1的变化，从而推断出一个CMOS电路的瞬间物理功耗模型，再与典型电路进行比较，通过功耗分析的方法得出电路的基本结构67。简易功率分析（SPA）和微分能量分析（DPA）技术的原理是集成电路工作过程中信号的变化是与其电流变化密切相关的，当电路芯片执行不同的操作过程时，对应的电功率消耗也相应的变化。通过使用特殊的电子测量仪和数学统计技术，来检测和分析这些变化，就可以从中得到芯片中的一些特定关键信息。SPA是一种直接解释功率消耗测定值的技术，所测定的功率消耗发生在芯片运算过程中。在SAP技术中，工程师可以直接观察一个系统的功率消耗，所消耗功率的大小随集成电路芯片执行的指令不同而不同。例如微处理器在对DES周期、RSA运算等的不同部分执行运算时，变化很明显，故它们大的特征将可能被识别出。在较高的放大倍数下，单条指令将能够被区分开来。DPA方法的分析能力要比SPA强得多。当芯片在执行不同的指令进行各种运算时，对应的功率消耗也相应变化，通过使用特殊的电子测量仪和数学统计技术，来检测和分析这些变化，从而得到芯片中的特定关键信息。执行一次DPA分析一般包括两个阶段：数据采集与数据分析。DPA的数据采集是在芯片工作运算过程中对芯片的功率消耗进行采样，得到一个对时间的函数，然后对采样的数据进行分析。SPA技术主要利用可见的重复采样和对芯片技术的了解来识别有关的功率波动，而DPA技术则使用统计分析和误差修正技术，来提取与芯片运算过程有关的信息。5 结论现代信息产业的基础是集成电路，集成电路的安全问题决定了信息产业的安全，存在安全隐患的集成电路芯片将给现代信息产业带来不可衡量的损伤。集成电路芯片中的安全漏洞通常包括三种形式：完全用硬件实现、完全用软件实现以及软硬件结合，针对这三种安全隐患，对应的有三种检测技术：物理检测、电学检测和协议检测，通过采用物理检测和电学检测相结合的方式可以比较有效的检测出芯片的安全隐患，简易功率分析和微分能量分析技术是应用最多的一种电学检测技术。IC失效分析中电测技术及其应用研究1 引言失效分析人员从失效现场获得的间接数据对开展失效分析有重要参考价值。失效分析人员在认真研究现场数据后，有可能推测出失效模式和失效机理，然后选择适当的失效分析方法验证上述推测，最终确定失效原因。然而，现场数据是以生产或使用为目的而获得，这些数据可能不完全或项目繁多重点不突出，或随时间的推移参数已发生变化。失效分析人员应尽可能以失效分析为目的重新对关键的参数进行电测，这种电测可以重现失效现象，确定失效模式、缩小故障隔离区，确定失效定位的激励条件，为进行信号寻迹法失效定位创造条件。在特定条件下，从一些敏感参数的电测结果可确定失效机理，简化失效分析步骤。为防止引入新的失效机理，进行开封、去钝化层的等样品制备过程后，需对样品重新进行电测。2 IC电测技术及其应用介绍2.1 电测的种类和相关性 IC的电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。这类失效在所有失效种类中最常发生，也比较容易测试。在使用过程中失效，即现场失效的IC多数是由连接性失效导致的，根据国内外整机失效统计分析，这类失效占总失效数的50，这里的连接性失效多数由静电放电（ESD）损伤和过电应力（EOS）损伤引起。可见，连接性测试在失效分析中有广泛用途。优先进行连接性测试, 如能发现问题，可省去电参数测试和功能测试等繁琐步骤，简化测试手续，实现快速失效分析。 确定IC的电参数失效，需进行较复杂的测量。各种IC内部的元件都有各自特殊的参数，如双极晶体管的电流增益，MOS器件的阈值电压和跨导，光电二极管的暗电流和光电转换效率，数字集成电路的电源电流、输入电压、输入电流、输出电压等。电参数失效的主要表现形式有数值超出规定范围（超差）和参数不稳定。 确定IC的功能失效，需对IC输入一个已知的激励信号，测量输出结果。如测得的输出状态与预计状态相同，则IC功能正常，否则为失效。功能测试主要用于集成电路。简单的集成电路的功能测试需电源、信号源和示波器，复杂的集成电路测试需自动测试系统（ATE）和复杂的测试程序。 同一个IC，上述三种失效有一定的相关性，即一种失效可能引起其它种类的失效。功能失效和电参数失效的根源时常可归结于连接性失效。在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下，有可能用简单的连接性测试和参数测试方法进行电测，结合物理失效分析技术的应用仍然可获得令人满意的失效分析结果。以数字集成电路为例，连接性失效可引起电参数失效和功能失效。如输入端漏电使输入电流IIN 、输入电压VIH达不到要求，并引起功能失效和静态电源电流IDDQ失效。输入端开路和输出端开路也会引起功能失效。电源对地短路会引起功能失效和静态电源电流IDDQ失效。失效器件经电测可能有多种失效模式，如同时存在连接性失效、电参数失效和功能失效，然而存在一种主要失效模式，该失效模式可能引发其它失效模式。 2.2 敏感参数测试法 作为功能测试的补充，敏感参数测试技术近来得到了国际测试界的重视，这些敏感参数测试包括：待机电流测试测试和瞬态电流测试等。2.2.1待机（stand by）电流测试技术 在正常电源电压作用下，无信号输入时电路的电源电流叫待机（stand by）电流。好坏电路待机电流的比较是确定失效原因和确定后续步骤的重要依据。如待机电流偏大说明芯片内部有局部漏电区域，应采用光发射显微镜（EMM）做漏电区失效定位；如待机电流偏小说明芯片与电源端或地端相连的部分金属化互连线或内引线有开路；如待机电流为0说明芯片与电源端或地端相连的金属化互连线或内引线有开路。开路失效可试用X射线透视和开封镜检进行分析。 例1、某FPGA和某便携式CD机电路的待机电流偏大。 疑为芯片局部漏电所致。用光发射显微镜（EMM）确定漏电部位，证实上述假设（图1图2），说明待机（stand by）电流测试技术的有效性。 例2、某EPROM待机（stand by）电流偏小 （图3与X轴相近的曲线所示）。 疑为部分金属化互连线或内引线开路所致，开封镜检，观察到电源内引线烧断，假设得到证实（图4）。2.2.2 瞬态电流测试技术 瞬态电流测试技术主要用于CMOS器件的测试。现在大多数的IC电路采用的是CMOS工艺制作，CMOS电路有在静态条件下电流近似为0的特点，但是CMOS电路在翻转时有一个短暂的时间中电路的NMOS和PMOS同时处于开启状态，电源电流较大。在一般情况下NMOS和PMOS同时处于开启状态的时间可以忽略，如果电路设计不完善，在电路中间将出现浮空节点，那么电路处于NMOS和PMOS同时开启状态的时间就会比平时长很多，大约在微秒数量级。如果电路中出现这种失效模式，采用瞬态电流测试可以很快的发现这类失效。 瞬态电流测试主要是利用示波器的电流探头来监测电路的功耗电流，发现电路中不正常的瞬态大电流。该测试的测试原理图见图5。 例3、某计算机外部接口电路的失效。 该电路为某公司自行设计的，在实际使用中常发现存在偶然失效的现象，通过对电路的测试发现电路在普通情况下工作正常，只是在开机时偶尔会出现失效，怀疑该电路出现了浮空节点的失效。于是测试了该电路的瞬态电流，发现该电路在上电的初期有一个大电流的脉冲，电流为几百mA，宽度为几个微秒，图6是该脉冲的实际波形。通过瞬态电流测试，找到了该电路的失效模式。2.3 端口的IV测试技术 由于ESD保护电路广泛应用于CMOS电路，电源端对I/O端以及I/O端对地端可等效为两个串联的二极管（图7），而CMOS电路的内电路的输入端为MOS器件，由于MOS器件的栅极的绝缘性，各端口对地端/电源端、以及电源端对地端的正常IV特性类似于二级管的IV特性。由于同一单片集成电路的不同I/O端口的等效保护二极管的IV特性是相同的，各I/O端口的IV特性应当相同。如有异常，该端口为失效端口。例4、某型号FPGA，电源端对地端的IV特性测试有8处为开路。经开封及显微镜观察，该FPGA有9条内引线与电源端连接，其中8条烧断。图8显示其中1条。图9显示其中2条。电源线烧断多为过电烧毁（包括闩锁效应）引起。2.4 扫描端口测试技术 由于IC端口测试技术需测量多个端口的组合，如电源对地、各端口对电源、各端口对地、各端口之间，工作量大，占用时间长，为加快失效分析的速度，研究了扫描端口测试技术。利用板级测试系统中的静态测试功能（QSMVI），对器件端口的I-V特性进行扫描。QSMVI测试在进行端口特性测试时，系统会自动更换不同的管脚作为参考点，测量所有管脚与该参考管脚之间的I-V特性，即除了以GND、电源端为参考点自外，会自动将其它每个管脚设为参考点，测量它与其它管脚之间的电学特性。例如，对于一个20pin DIP封装的器件，如果只以GND为参考点，则测得20条I-V曲线。但是，利用QSMVI功能，则得到的IV曲线数为n(n-1)/2=(2019)/2190，这样可以更全面的了解器件相互管脚间的电学特性，减少误判的可能，提高电测试的准确率。例如对一个型号为7400的器件进行I-V特性测试，它的PIN1和PIN2之间短路。以GND为参考点时，每个PIN对GND测得的曲线都显示正常，显示不出PIN1和PIN2之间的短路现象，这很容易引起误判，即将器件判断为正常的。但利用QSMVI功能，在以PIN1为参考点时，测量PIN1与PIN2PIN14管脚之间的电学特性，即可以测得PIN1与PIN2之间的短路现象。 这种pintopin的测试得到的数据量虽然大大增加，但它的速度很快，每一对管脚的扫描时间只需50ns，可以快速地对IC端口I-V特性进行扫描。这种方法比利用图示仪或半导体参数仪等仪器，手动对器件的每一个管脚进行测试的方法省时，且夹具的稳定性比起用针扎或夹每个管脚的测试方法更具准确性。既可以快速的确定出失效管脚、缩小失效区域定位、提高失效分析效率，又可以提高电测判断的成功率。3 总结 目前，上述各项技术已真正运用于IC的失效分析诊断中，并获得了大量的失效分析案例及成果，这些技术可以快速地确定IC失效原因，对于为IC生产厂家提出改进措施、为设计部门提供设计验证和设计纠错、加快产品的研制速度等方面有比较高的参考价值。开关稳压电源用铝电解电容器的失效机理一.开关稳压电源的特点及其铝电解电容器的工作状态 铝电解电容器是开关稳压电源的关键电子元件，随着开关稳压电源的发展和广泛使用，用于开关稳压电源的铝电解电容器的质量、可靠性、失效模式及失效机理越来越引起电子工程界的关注。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各种通信设备、家用电器、计算机及其终端设备。 作为输入滤波和平滑作用的铝电解电容器，它的质量和可靠性直接影响到开关电源的可靠性。一旦铝电解电容器失效，就会导致开关稳压电源的故障。 与以往用于传统的滤波电路不同,开关稳压电源用铝电解电容器的使用条件较严酷,它不仅要承受100Hz (全波及挢式整流时,流经滤波电容器的纹波电流为市电工频的2倍频)纹波大电流的冲击,而且要承受高频(10KHz100KHz开关频率)大电流的冲击。 作为卷绕型芯子结构的铝电解电容器，其等效电路可以视为CLR相串联的网络。随着频率的升高，电容器的有效电容量越来越小，而损耗角正切值却越来