半导体元器件常见失效类型有多种，针对具体分述如下所示：
失效分析概述
失效分析是指对半导体器件的电特性失效采取一系列分析手段，以确定失效的根本原因与机理，并提出相应的预防措施和改进建议。
失效分析的手段
无损检测：采用X射线、3DCT等射线穿透技术，或C-Scan、T-scan等超声扫描方法，在不破坏器件原始封装状态下进行检查。
有损分析：（本文暂不展开讨论）。
失效分析的重要性
失效分析为问题解决提供实验依据，为提升产品可靠性提供科学支持，并从微观结构层面探究器件的不稳定因素及其影响条件，如工作状态、环境应力和时间等。
常见失效表现
半导体器件常见的失效模式包括：开路、短路、功能丧失、性能退化、重测合格以及结构异常。
常见的失效现象有：烧毁、气密性失效、腐蚀或引脚断裂、环氧树脂开裂、芯片粘结不良等。
失效现象往往具有复杂性，可能由多种因素共同导致，需进行系统性的综合分析。
封装缺陷与失效
封装缺陷与失效的研究方法
封装失效主要包括过应力失效与磨损失效。其影响因素涵盖材料、设计、环境与工艺等多个方面。常用的确定方法包括试验验证、模拟仿真、物理建模、数值参数分析以及试差法（后者效率较低、成本较高）。
引发失效的负载类型
机械载荷：如物理冲击、振动、应力或惯性力，可能导致变形、断裂、分层或疲劳裂纹。
热载荷：如高温、预热或成型工艺中的温度变化，可能引起尺寸变化、热膨胀系数（CTE）失配、局部应力或燃烧。
电载荷：如电冲击、电压波动、电流变化或静电放电，可能导致介质击穿、表面放电、热损耗或电解腐蚀。
化学载荷：如腐蚀、氧化或离子诱导的枝晶生长，其中湿气是主要诱因，可导致性能下降或功能失效。
交互作用：多种载荷可能共同作用于塑封器件，产生协同效应，如CTE失配加剧机械失效或应力加速腐蚀。综合失效机理的影响往往大于各单一因素影响的简单叠加。
封装体失效的分类
分层：
定义：指塑封料与相邻材料在粘接界面发生分离。
原因：主要受湿气、温度及其共同作用影响，高温下湿气压力是导致分层的主要机制。
影响因素：包括无铅焊接的高回流温度、吸湿膨胀系数及封装工艺不良等。
后果：分层会为水汽扩散提供路径，并可能引发树脂裂纹。
气相诱导裂缝（“爆米花”现象）：
定义：指封装体内水汽在高温下迅速汽化导致封装体爆裂的现象。
易发器件：常见于大而薄的塑封形式、芯片底座面积占比较大或塑封料厚度较小的器件。
伴随问题：可能引起键合球断裂、硅片凹坑等。
改善方法：通过高温烘除湿气，建议将湿气含量控制在1100×10⁻⁶以下。
脆性断裂：
发生材料：如硅芯片等低屈服强度和非弹性材料。
原因：通常由过应力引发，起源于材料内部的微小缺陷（如空洞或杂质）。
韧性断裂：
发生材料：多见于塑封料，受环境与材料特性（如温度、树脂粘塑性及填充量）影响。
疲劳断裂：
定义：在周期性湿、热或机械载荷作用下，塑封材料因疲劳累积而发生的断裂。
加速失效的因素
以下因素可能显著加速半导体器件的失效：
湿气：加速分层、裂纹与腐蚀，影响塑封料的玻璃化转变温度、弹性模量和体积电阻率。
温度：温度变化影响封装材料的玻璃化转变温度、热膨胀系数及热-机械应力，进而改变材料属性、湿气扩散速率和金属间扩散行为。
污染物与溶剂环境：为失效萌生和扩展提供条件，污染可来自大气、湿气或助焊剂残留等，侵入金属部位引发腐蚀。
残余应力：产生于芯片粘结和模塑成型过程，应力大小与材料特性及工艺密切相关。
自然环境应力：如紫外线、臭氧、高温高湿环境可导致塑封料降解，如聚合物断链。
制造与组装载荷：温度变化、机械操作等工艺载荷可能引发封装失效，“爆米花”现象即为典型例子。
综合载荷与应力条件：多因子共同作用常进一步加速失效，该原理常用于加速试验中以筛选缺陷品和识别易失效器件。
可靠性测试
半导体器件封装完成后，需进行一系列可靠性测试，以全面评估其在长期使用中的稳定性与质量。这些测试模拟实际应用中的极端条件，确保器件在规定的条件和时间内可靠运行。
常见可靠性测试项目
高温存储寿命测试（HTSL）
在150℃环境下不通电存储，分别于168h、500h、1000h后测试电特性，并与初始值比较。
高温反偏测试（HTRB/GB）
在150℃、80%RH湿度条件下，对功率器件的基极或门极施加反偏电压，持续一定时间后测量电特性。
高温工作寿命测试（HTOL）
在125℃环境中施加额定最高电压和正常工作电压，持续试验后读取电参数。
高温高湿反偏测试（THBT）
条件为85℃、85%RH，施加最小工作电压，持续试验后检测电性能。
温度循环试验（TCT）
在–65℃~150℃或–55℃~150℃之间进行温度循环，于特定循环次数后评估电特性。
压力锅试验（PCT）
将器件置于121℃饱和蒸汽环境中加压处理，持续一定时间后测试性能。
高加速温湿度应力试验（HAST）
在130℃、85%RH条件下加偏压与压力，用于快速检验产品可靠性，条件较为严苛。
其他重要测试项目
晶须生长测试
评估引脚电镀层在高温高湿环境下金属须的生长情况，防止因晶须导致短路。
离子迁移测试
考察电场与湿度条件下封装内离子迁移行为及其对电性能的影响。
气密性测试
采用氦质谱检漏等方法检验封装体的密封性能，适用于对气密性要求较高的器件。
热机械应力测试
通过温度与机械应力循环，评估封装结构在热机械载荷下的变形与开裂倾向。
综上，可靠性测试是半导体器件封装不可或缺的环节，通过系统性的试验评估与数据分析，可为产品设计与工艺优化提供关键依据，最终保障器件的长期可靠性与质量。
