多年來，用戶要求更可靠的電子設備。與此同時，電子設備變得越來越復雜。這兩個因素的結合強調了確保長期無故障運行的必要性。故障分析可以提供對故障機制和原因的寶貴見解，進而改進組件和產品的設計，從而有助于提高電子系統(tǒng)的可靠性。

工程師和科學家如此頻繁地研究故障，以至于他們現(xiàn)在有了模型或方程，我們可以用它們來預測故障何時會發(fā)生。這些模型不能預測特定設備何時會發(fā)生故障，但它們可以合理確定地預測特定條件下的故障率。

設備通常會發(fā)生故障，因為它遇到的條件超出了其最大額定值。設備發(fā)生故障的方式稱為故障機制。通常，電、熱、化學品、輻射、機械應力和其他因素會導致故障。區(qū)分機制和原因很重要。例如，設備可能由于機械應力引起的電氣機制而失效。

半導體的常見故障機制可以分為幾個主要類別。了解這些機制如何運作將幫助我們查明提供給我們進行分析的設備中的故障：

1.封裝失敗。當用于封裝設備的封裝出現(xiàn)故障(通常是裂縫)時，就會發(fā)生這些故障。機械或熱應力以及封裝材料和用于引線的金屬之間的熱膨脹系數(shù)差異會導致裂紋的形成。當濕度高或設備暴露于助焊劑、清潔劑等時，這些開口會讓濕氣進入封裝?；瘜W作用會使設備退化并導致其失效。

2.貼片失敗。裸片和基板之間的不當接觸會降低兩者之間的導熱性。結果，芯片可能會過熱，從而導致應力和破裂，從而導致器件故障。

3.引線鍵合失敗。高電流引起的熱過應力、鍵合不當引起的鍵合線中的機械應力、鍵合線和管芯之間的界面處的裂紋、硅的電遷移以及過大的鍵合壓力都可能導致鍵合失敗。當結合失敗時，設備也會失敗，因為它的一個導體不再存在。

4.體硅缺陷。有時，由晶體缺陷或硅塊體材料中存在雜質和污染物引起的故障會導致器件出現(xiàn)故障。在器件制造過程中由擴散問題引起的工藝缺陷也會導致器件失效。

5 、氧化層斷層。通過器件引線傳播的靜電放電和高壓瞬變會導致薄氧化層(絕緣體)損壞并導致器件故障。氧化物層中的裂紋或劃痕或氧化物中存在雜質也會導致故障。

6 、鋁金屬故障。這些故障源于：

· 由于高電場，鋁在電流方向上的電遷移，

· 由于大電流引起的電氣過應力而破壞鋁導體，

· 鋁的腐蝕，

· 焊接造成的金屬磨損，

· 接觸窗口處的金屬沉積不當，以及

· 小丘和裂縫的形成。

通常，需要一個特定事件或一組條件才能引發(fā)故障。本文的其余部分描述了可能導致故障的最常見事件或條件。通過了解這些原因，我們可以進行徹底的故障分析，并幫助設計人員和測試工程師生產更可靠的產品。但請記住，設備和 PCB 或最終產品中的設計錯誤都會產生導致設備故障的條件。但即使是那些設計問題，通常也會導致以下描述的一種或多種情況。

熱過應力

熱過應力——過熱——會導致半導體失效。過多的熱量會熔化材料、燒焦塑料、翹曲和破壞半導體芯片，并導致其他類型的損壞。一般來說，器件的工作結溫不應高于 125–150°C。

軍事應用旨在將結溫限制在 110°C。通過應用 Arrhenius 方程，我們可以證明將器件的結溫從 160°C 降低到 135°C 可以將故障率降低一半。

如果高溫導致故障，請通知產品的設計人員。他們必須考慮產品包裝和操作規(guī)范，以確保風扇、散熱器和其他冷卻設備將溫度保持在規(guī)范范圍內。盡管高功率設備需要散熱器和風扇，但低功率設備可以簡單地將熱量散發(fā)到周圍的空氣中。此外，測試工程師必須確保在測試期間散熱器和風扇保持在原位，或者其他散熱設備可用于充分冷卻正在測試的設備。

測試工程師可能必須監(jiān)控功率半導體和功率組件的溫度，以確保它們在測試期間不會在不安全的溫度下操作設備，從而縮短它們的使用壽命。