各阶段常见的典型失效机理

前段制程（FEoL）常见的失效机理

1）与时间相关的电介质击穿（TDDB）-- 栅极氧化物

2）热载流子注入（HCI）

3）负偏压温度不稳定性（NBTI）

4）表面反转（移动离子）

5）浮栅非易失性存储器数据保持

6）局部电荷捕获非易失性存储器数据保持

7）相变（PCM）非易失性存储器数据保持

后段制程（BEoL）常见的失效机理

1）与时间相关的电介质击穿（TDDB）-- low k材质电介质/移动铜离子

2）铝电迁移（Al EM）

3）铜电迁移（Cu EM）

4）铝和铜腐蚀

5）铝应力迁移（Al SM）

6）铜应力迁移（Cu SM）

封装/界面常见的失效机理

1）因温度循环和热冲击导致的疲劳失效

2）因温度循环和热冲击导致的界面失效

3）因高温导致的金属间化合物和氧化失效

4）锡须

5）离子迁移动力学（PCB）--组件清洁度

本文对离子迁移动力学（PCB）--组件清洁度进行研究

在器件或PCBA制造过程中，每一步均会对产品的表面污染产生影响。在器件或PCBA上发现的离子残留量主要可归因于外部湿化学处理步骤。在集成电路模塑封装工艺之后，引脚电镀和冲洗步骤对引脚组件清洁度的影响最大。

通常，引脚电镀的湿化学工艺为先采用甲磺酸（MSA）电解质标准进行锡和锡铅表面处理的镀覆，然后采用一个碱性中和步骤使酸发生反应，最后进行水洗清洁。这种湿化学工艺是决定集成电路组件清洁度的关键因素，如果甲磺酸（MSA）或者碱性中和剂未能完全去除，这些残留物将会引发漏电和电化学迁移腐蚀问题。

阿伦尼乌斯模型：

大多数文献是基于现象学而非基于模型的研究。然而，已发现一些数据支持银（Ag）和钼（Mo）迁移与温度相关的阿伦尼乌斯（Arrhenius）模型。按照常理，大家预期离子迁移率与电场或电压存在关联，但获取相关数据却颇具难度。

离子清洁度预估示例：

目标：

计算加速条件下和正常使用条件下的银离子迁移率加速因子（AF）。

假设条件：

1）正常使用条件为：50°C

2）加速条件为：60°C

3）表观活化能Eaa：1.12eV

AF计算公式：

AF=exp[(Eaa/k)(1/Toffice–1/Taccel)=exp[(1.12eV/8.62x10–5eV/K)(1/(273+50)K–1/ (273+60)K)]=3.3

结论：由于温度差异，从加速环境转移到正常使用环境，AF为3.3倍。

按照IPC TM 650.2.3.28测试方法，通过离子色谱法在产品上发现的典型污染物有：甲磺酸（MSA）、氯化物、溴化物、硫酸盐、磷酸盐、钠和氨。当这些污染物中的任何一种或者总体组合含量较高时，在环境温度和湿度条件下，带电组件就会出现高漏电和电化学迁移问题。因为这些离子污染物在潮湿空气中以离子形式存在，具有极性，会在线路板上引起电化学效应（如果同时有电子存在的话）。

注：由于它们不能通过目检发现，所以这种潜在危险尤其需要重视。这些离子污染物主要来源于电镀、波峰焊、回流焊和化学清洁等工艺，如助焊剂残留、电离表面活化剂、乙醇、氨基乙醇和人体汗液等污染形式。

由于目前PCBA行业60~75%采用免清洗组装技术方法，采用免清洗组装工艺时，不会在组装后进行清洗以去除任何有害残留物，所以元器件清洁度比以往任何时候都更为关键。如果元器件腐蚀性/吸湿性残留物含量高，那么在焊接操作之后，这些残留物的含量仍然很高。

引用参考：

1、离子清洁度测试方法：离子清洁度常用的测试方法

2、样品离子清洁度判定方法：离子清洁度判定方法

3、离子清洁度典型案例：典型案例