二极管失效分析需遵循先非破坏、后破坏、由外至内的黄金流程,核心是先锁定失效模式(开路 / 短路 / 漏电 / 参数漂移),再定位根因(电应力 / 热应力 / 机械应力 / 工艺缺陷),Zui终形成可验证的排查结论。
表格
失效模式典型现象快速筛查方法判据
开路电路无响应、完全断开万用表二极管档 / 电阻档正反向均为 OL(无穷大)
短路异常发热、功耗飙升万用表二极管档 / 低阻档正反向均接近 0Ω,压降≈0V
漏电温升高、反向电流偏大半导体参数分析仪(如 B1500A)反向漏电流>nA 级至 μA/mA 级
软击穿反向电流随电压爬升无拐点IV 曲线测试反向 IV 无明显击穿转折点
热击穿烧毁、封装变色红外热像仪、热阻测试热点温度>TJmax-20℃,RθJC 超标
1. 前期准备与非破坏性初筛(优先保护证据)
信息收集:确认失效场景(电压 / 电流 / 温度 / 循环次数)、应用工况、批次追溯,还原失效背景。
外观检查:显微镜观察封装开裂、变色、引脚腐蚀、焊点虚焊;X 射线 / 3D-CT 排查内部裂纹、分层、键合线断裂。
电性验证:
基础测试:万用表测正向压降(硅管 0.5~0.7V)、反向电阻(>1MΩ)。
精密测试:IV 曲线扫描、反向击穿电压测试(步进加压,限制电流防热损伤)、漏电流测量。
结构无损检测:SAM(超声波扫描)查封装分层、焊点空洞;X-ray 查引线键合质量。
2. 破坏性深度分析(定位根因)
当无损分析不足以定位时,按以下顺序开展:
开封处理:塑封器件用 / 硫酸化学开封,金属 / 陶瓷封装采用机械开封,避免引入新损伤。
微观形貌与成分分析:
SEM(扫描电镜):观察芯片裂纹、金属化层迁移、键合线断裂。
EDS(能谱分析):检测焊点 IMC 层(金属间化合物)成分、污染元素(如 Cl、Na)。
TEM(透射电镜):纳米级微观结构分析,适用于先进工艺节点。
剖面与切片分析:金相切片观察焊点界面、芯片粘接空洞、封装裂纹扩展路径。
先进定位技术:EMMI(发光显微镜)查雪崩击穿位点;OBIRCH(激光诱导电阻变化)定位漏电 / 开路热点;AFM(原子力显微镜)纳米级表面形貌与力学分析。
电性能标准:IEC 60747(半导体器件通用标准)、JEDEC JESD22(可靠性测试方法)。
可靠性测试:
温度循环(TCT):-40℃~125℃循环,验证热疲劳可靠性。
湿热测试(HAST/THB):85℃/85% RH,评估防潮性能。
机械应力:振动(10~2000Hz,5~50Grms)、冲击(5000G/0.5ms),模拟运输 / 车载工况。
热性能测试:红外热像仪测热点温度;热阻测试仪测结到壳热阻 RθJC(车规级≤5℃/W)。
电应力失效:过压 / 过流、ESD(静电放电)、浪涌冲击;重点测击穿电压、IV 曲线、EMMI 查损伤位点。
热失效:散热不良(PCB 焊盘不足)、漏电流失控;重点测热阻、红外热成像、切片查焊点 IMC 层。
机械失效:封装开裂、键合线断裂、焊点空洞;重点做 X-ray、振动 / 冲击测试、金相切片。
工艺缺陷:掺杂不均、外延层厚度偏差、封装污染;重点用 SIMS(二次离子质谱)测掺杂浓度、EDS 查污染。
现场快速排查:先用万用表完成初筛,再结合示波器观测瞬态响应,初步判定失效模式。
实验室深度分析:严格遵循 “非破坏→破坏” 顺序,保留样品与测试数据,避免破坏关键证据。
根因验证:针对判定的根因设计复现试验(如模拟过压工况),验证结论一致性
二极管老化测试(又称老炼、可靠性筛选)是通过施加高温、电应力(电压 / 电流) 等加速条件,提前暴露器件潜在缺陷、剔除早期失效品、验证长期稳定性的核心试验。主要分为高温反偏(HTRB)、高温工作(HTOL/HTFB)、高温存储(HTSL)、湿热(THB) 四大类。
1. 高温反偏老化(HTRB)—— Zui常用
目的:验证反向耐压、漏电流稳定性,筛选芯片缺陷、表面漏电、封装漏电。
标准:AEC-Q101、JEDEC JESD22-A123、MIL-STD-750 M1038
典型条件:
温度:125℃ / 150℃(硅)、175℃(SiC/GaN)
反向电压:0.75~0.9×VRRM(额定反向重复峰值电压)
时间:48h / 72h / 96h / 1000h(车规 / 工业)
失效判据(前后对比):
反向漏电流 IR 增幅 > 200%
正向压降 VF 偏移 > 10%
击穿、开路、短路
2. 高温工作老化(HTOL/HTFB)
目的:模拟正向导通工作,考核芯片、欧姆接触、金属化层稳定性。
标准:JEDEC JESD22-A108、IEC 60749-23、GJB548B
典型条件:
温度:125℃~150℃
正向电流:0.5~0.9×IF(额定正向平均电流)
时间:168h / 500h / 1000h
判据:VF 漂移、IR 增大、热阻上升、开路 / 短路
3. 高温存储老化(HTSL)—— 无电应力
目的:考核封装、钝化层、芯片材料热稳定性。
条件:
温度:150℃/175℃、168–1000h、不加电
判据:VF/IR 超差、开路、漏电激增
4. 湿热老化(THB/HAST)
目的:检测湿气侵入、腐蚀、绝缘劣化。
条件(THB):
85℃ / 85% RH / 加偏置 / 1000h
判据:漏电剧增、参数漂移、失效
预处理:外观、尺寸、室温电参数(VF、IR、VR)全检
装架:老化板 / 老化座、保证散热与接触良好
加应力:按标准设定温湿度、电压 / 电流、计时
中间监测(可选):实时监控 IR、VF、温度
后测:恢复室温后复测电参数、目检、X-Ray(可选)
判定:参数超差 / 失效即剔除
车规:AEC-Q101(二极管专用)
工业 / 通用:JEDEC JESD22 系列、IEC 60749
军标:MIL-STD-883/750、GJB548/GJB128
芯片:体内缺陷、表面复合、欧姆接触退化
封装:键合脱落、焊料疲劳、封装裂纹、水汽侵入
电性能:VF 上升、IR 增大、软击穿、耐压下降
高温老化箱(温控 ±2℃)
老化板 / 老化座(适配 SMA/DO-41/TO-220 等)
直流电源、参数测试仪(LCR / 数字源表)
监控系统(可选)
整流 / 快恢复 / 肖特基:优先 HTRB(125℃/96h)
稳压 / 齐纳:HTRB + HTOL
车规 / 高可靠:1000h HTRB + HTOL + 温度循环
消费电子:48–72h HTRB 筛选
金属检测,高分子材料,国军标测试、gjb150可靠性检测、检测环境可靠性测试、汽车电子产品检测
许可项目:检验检测服务(依法须经批准的项目,经相关部门批准后方可开展经营活动,具体经营项目以相关部门批准文件或许可证件为准)一般项目:计量技术服务;技术服务、技术开发、技术咨询、技术交流、技术转让、技术推广(除许可业务外,可自主依法经营法律法规非禁止或限制的项目)
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