元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法及系统

摘要

本发明提供一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法及系统，所述方法包括以下步骤：采集各门类电子元器件的失效信息；所述失效信息包括：失效分析方法、失效现象、失效模式、失效机理、失效环境；构建各失效信息之间的关联关系；以所述失效模式为触发点，根据各失效信息之间的关联关系构建元器件失效分析专家系统中的失效分析流程。本发明的元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法及系统，满足了在元器件失效分析专家系统中构建不同门类电子元器件失效分析流程的需求，使失效分析专家系统成为一种具有逻辑判断功能、可辅助完成实际失效分析的电子手段。

说明书

技术领域

本发明涉及故障诊断技术领域，特别是涉及一种元器件失效分析专家系统 中失效分析流程构建方法以及一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构 建系统。

背景技术

电子元器件（包括集成电路）在实际应用过程中，涉及存储、运输、可靠 性试验、使用等多个过程，在高温、电、水汽等多种综合环境应力条件的作用 下，不可避免的会出现失效，导致失效的原因复杂且多。对电子元器件进行失 效分析（又称fa:failure analysis），多参照MIL-STD883、GJB548B-2005微电子 器件试验方法和程序、GJB128A-97半导体分立器件试验方法等标准的失效分析 程序，运用电特性分析、结构物理分析、化学分析等失效分析技术来验证失效， 确认失效品的失效模式、失效机理和原因。

失效分析对象种类和失效现象的不同，导致所遵循的分析程序、所采用的 失效分析方法不同，在分析步骤的实施过程中得到的失效现象（证据）也各不 相同。每进行一项失效分析项目之前都应该有一个明确的目的，即为确认其失 效原因本分析项目应获取哪些信息，根据所获取的信息，确定下一步该采取哪 一项的失效分析项目。对失效器件进行任一项操作与检查时，稍不注意就会破 坏器件原来的失效特征，丢失与失效原因有关的宝贵信息。可见，在实际失效 分析过程中，分析流程的安排非常重要。

电子元器件门类繁多，涉及的知识面广且信息量大，对失效分析技术人员 要求很高。失效分析专家系统的研发，有利于及时积累专家的失效分析经验、 失效分析案例，给失效分析技术人员（特别是新人）以及时的咨询和指导。失 效分析过程的复杂性及不可逆性（需遵从非破坏性、半破坏性、破坏性的分析 原则）、失效原因的排它性，决定了充当电子手段来辅助进行失效分析的电子元 器件失效分析专家系统不能只是资料的简单堆砌及查阅借鉴。具备失效分析功 能的专家系统应该可以提供失效分析流程的决策支持，以指导失效分析的进行， 并且最终能综合多个失效分析步骤的结果而给出明确的失效分析结论。

因此，开发电子元器件失效分析专家系统，最关键的一点就是系统中失效 分析流程的构建，以使系统具备指导失效分析进行并得出失效分析结论的功能， 形成的流程需满足如下三点要求：

一、可以针对不同门类的电子元器件对象构建不同的失效分析流程；

二、能够根据上一步失效分析步骤获得的信息而跳转到下一步的失效分析 步骤，并最终完成失效分析，综合多步骤的分析结果之后推理判断出失效原因；

三、构建的失效分析流程可编辑（新增、删除流程或者修改流程中的内容）， 以便根据实际情况作出及时的调整，使分析流程最优化。

目前尚未有文献报道和专利公开具有失效分析功能的电子元器件失效分析 专家系统，也未见有关专家系统中失效分析流程构建的方法介绍。为满足电子 元器件失效分析专家系统的开发需求，应建立一种能够满足实际失效分析情况 需求的失效分析流程的构建方法，使失效分析专家系统具有辅助指导电子元器 件失效分析过程的功能。

发明内容

基于此，本发明提供一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方 法及系统，能够满足实际失效分析情况需求，使失效分析专家系统具有辅助指 导电子元器件失效分析过程的功能。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法，包括以下步骤：

采集各门类电子元器件的失效信息；所述失效信息包括：失效分析方法、 失效现象、失效模式、失效机理、失效环境；

构建各失效信息之间的关联关系；

以所述失效模式为触发点，根据各失效信息之间的关联关系构建元器件失 效分析专家系统中的失效分析流程。

一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建系统，包括：

失效信息采集模块，用于采集各门类电子元器件的失效信息；所述失效信 息包括：失效分析方法、失效现象、失效模式、失效机理、失效环境；

关联关系构建模块，用于构建各失效信息之间的关联关系；

失效分析流程构建模块，用于以所述失效模式为触发点，根据各失效信息 之间的关联关系构建元器件失效分析专家系统中的失效分析流程。

由以上方案可以看出，本发明的一种元器件失效分析专家系统中失效分析 流程构建方法及系统，首先采集各门类电子元器件的失效信息，然后构建各失 效信息之间的关联关系，最后根据各失效信息之间的关联关系构建出基于失效 模式触发的失效分析流程。本发明所构建的失效分析流程，每一个失效分析项 目均有与之关联的失效现象，每一种失效模式和失效现象均有与之相关联的失 效机理，并且能够根据上一步失效分析步骤获得的现象信息而跳转到下一步的 失效分析步骤，然后在流程结束时综合多步骤的分析结果推理判断出失效原因。 本发明满足了在元器件失效分析专家系统中构建不同门类电子元器件失效分析 流程的需求，同时融合了电子元器件失效分析过程中涉及到的各种失效信息的 收集、整理、提炼、关联，使失效分析专家系统不仅仅是一个提供查询参考帮 助的资料集或者知识库，而是成为一种具有逻辑判断功能、可辅助完成实际失 效分析的电子手段，对于完成电子元器件失效分析和进行失效分析技术教学有 重要指导作用。

附图说明

图1为本发明一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法的流 程示意图；

图2为本发明实施例中的失效分析流程示意图；

图3为本发明实施例中的Z模块示意图；

图4为本发明实施例中划分为Z模块的失效分析方法示意图；

图5为本发明实施例中的L模块示意图；

图6为本发明实施例中划分为L模块的失效分析方法示意图；

图7为本发明一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建系统的结 构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体的实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述。

参见图1所示，一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法， 包括以下步骤：

步骤S101，采集各门类电子元器件的失效信息，然后进入步骤S102。

本发明实施例中，所述失效信息可以包括：失效分析方法、失效现象、失 效模式、失效机理、失效环境等。另外，本发明实施例中在得到上述的失效信 息后，可以根据所收集到的失效信息构建失效信息数据库；对应的，该数据库 由多个子库的内容构成，包括：失效分析方法集、每个失效分析方法（项目） 中观察到的失效现象、可能的失效模式、可能的失效机理（原因）、失效环境等 子库。

步骤S102，构建各失效信息之间的关联关系，然后进入步骤S103。

作为一个较好的实施例，所述各失效信息之间的关联关系可以为如下：失 效分析方法—失效现象（即将每个失效分析方法（项目）可能得到的所有失效 现象一一归类并关联到该失效分析方法）、失效现象—失效机理（原因）（每个 失效现象与所有可能导致它发生的失效机理之间的关联关系）、失效模式—失效 机理（原因）（每个失效模式与所有可能导致它发生的失效机理之间的关联关 系）、失效环境—失效机理（原因）（每种失效环境情况下可能导致出现的失效 机理）等。

步骤S103，以所述失效模式为触发点，根据各失效信息之间的关联关系构 建元器件失效分析专家系统中的失效分析流程。

上述步骤S101和步骤S102为失效分析专家系统准备了失效信息数据库。 要利用专家系统进行失效分析，最关键的一步是失效分析流程的确定，即对该 失效元器件采取何种失效分析方法去分析，具体某一步骤得到的结论又如何影 响下一步的失效分析步骤或结论。电子元器件门类繁多，不同门类的分析对象， 出现的失效模式、失效现象均不同，需采取的失效分析方法、失效分析流程也 各不相同，最终得出的失效机理（原因）也不同。

对电子元器件进行实际的失效分析时，失效品的失效模式（如短路、开路、 参数漂移等）对失效分析的流程（即失效分析步骤安排）有着决定性的作用。 失效模式不同，失效分析流程也截然不同。因此，本发明实施例中根据实际的 失效分析经验积累，提炼设计了以“失效模式”作为触发点来触发失效分析流 程的创建模式，如图2所示，即是失效模式为“参数漂移”的分析流程。其中 “参数漂移”即是一个触发点，一经选中则会触发以该失效模式为触发点的失 效分析流程。

流程中的每一个步骤即对应着一种失效分析方法，图2所示的流程中，高 温烘烤、高温反偏、内部气氛分析、X射线检测等属于失效分析方法库的内容， 但它们在流程中的表现形式不同。作为一个较好的实施例，根据它们的特点， 可以采用具有判断走向功能的Z模块和具有一对多输出功能的L模块来分别表 示不同类型的失效分析方法。如本实施例中，参见图3、图4所示，参数漂移的 失效品经“高温烘烤”后，是参数好转了还是保持原样（不好转），这种类型的 分析方法，可以设计具有判断走向功能的Z模块来表示。另外参见图5、图6 所示，像“X射线检测”类型的分析方法，其结果有N_i（i＝1,2,…,n）个，则可 以设计具有一对多输出功能的L模块来表示，如X射线检测、声学扫描显微镜 检测、外观检查等分析手段。

图2所示的流程中，“参数漂移”属于失效模式信息库的内容；“氧化层可 动离子沾污、热载流子注入、水汽含量过高”等属于失效机理（原因）信息库 中的内容；“高温烘烤、高温反偏、X射线检测”等属于失效分析方法子库中的 内容；图6中的存在空洞、存在分层、引线断、多余颗粒等属于失效现象信息 子库中的内容。这些都属于本发明步骤S101中需收集、整理、构建入失效信息 数据库的内容。而“X射线检测”这一失效分析方法与“存在空洞、存在分层、 引线断、多余颗粒”等失效现象信息之间关联关系的建立则属于步骤S102中的 构建内容。

作为一个较好的实施例，在构建所述失效分析流程之后，还可以包括如下 步骤：

步骤S104，采用可支持二次开发的图像流程定制引擎对所述失效分析流程 进行软件化处理。

具体的，所述采用可支持二次开发的图像流程定制引擎对所述失效分析流 程进行软件化处理的过程可以包括如下：在提炼构建好的基于失效模式触发的 失效分析流程的基础上，采用所述可支持二次开发的图像流程定制引擎，将分 属所述Z模块和L模块的失效分析方法按照所构建好的失效分析流程分别定义 好输入、输出端并逐个串接，形成软件化于所述元器件失效分析专家系统中的 失效分析流程。如图2中的失效模式为“参数漂移”，将此作为流程的起点（触 发点），定义其输出端接上“高温烘烤（Z模块）”，即“参数漂移”作为“高温 烘烤”的输入端。此流程中，“高温烘烤”的输出端有两个，一个是“参数好转”， 另外一个是“参数不好转”。这两个输出端又可能作为下一个失效分析步骤的输 入端。通过这样一层层往下递推定义，最终将步骤S103中构建好的失效分析流 程，利用该图像流程定制引擎形成软件化于专家系统中的失效分析流程。

经过上述几个步骤之后，当运行本发明实施例中的专家系统的失效分析功 能进行失效分析时，选中某一类的电子元器件的某一个失效模式时，将触发此 失效模式相匹配的失效分析流程，如：在失效模式列表框里面选中的是“参数 漂移”，则系统所展示的后续界面中，将紧接着出现“高温烘烤”的问讯界面， 再根据“高温烘烤”界面所提供的“问题——答案”的选择关系确定下一个的 系统展示界面是什么。结合系统中基于不确定性知识表达和推理的概率算法而 开发的推理机，最终可以综合各分析步骤的结果而得到失效样品的失效机理（原 因）。

在其中一个实施例中，我们基于本发明的方案开发的超大规模集成电路 （VLSI）失效分析专家系统，可利用用户输入的数据，根据VLSI的失效模式 触发相应的失效分析流程，指导失效分析人员进行失效分析，并推理判断给出 失效分析结论。

示例：

实际失效分析过程：失效样品为总线接收器，失效模式为开路，X射线检 测、内部目检的结果与失效样品的端口I/V特性测试一致，失效品的4根Vcc 内引线均已断裂，并且出现严重的塑料碳化现象。由于该批样品为CMOS器件， 且出现问题的管脚都是Vcc端。综合分析认为样品在使用过程中外来高电压干 扰诱发闩锁，电路电源端和地端之间有闩锁电流持续通过，导致样品发生闩锁， 电源的短路电流使电源键合金丝线烧毁断裂，塑封材料过热碳化失效。

本发明的失效分析专家系统分析过程：系统根据用户所选的选项触发相应 的流程进行一步一步的失效分析，最后专家系统给出了“闩锁”的失效分析结 论，与实际失效分析结果相吻合，证明了本发明方法的有效性。

另外，与上述一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法相对 应，本发明还提供一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建系统，如 图7所示，包括：

失效信息采集模块101，用于采集各门类电子元器件的失效信息；所述失效 信息包括：失效分析方法、失效现象、失效模式、失效机理、失效环境；

关联关系构建模块102，用于构建各失效信息之间的关联关系；

失效分析流程构建模块103，用于以所述失效模式为触发点，根据各失效信 息之间的关联关系构建元器件失效分析专家系统中的失效分析流程。

作为一个较好的实施例，所述元器件失效分析专家系统中失效分析流程构 建系统还可以包括：

软件化处理模块，用于采用可支持二次开发的图像流程定制引擎对所述失 效分析流程进行软件化处理。

作为一个较好的实施例，所述失效分析流程构建模块可以采用具有判断走 向功能的Z模块和具有一对多输出功能的L模块来分别表示不同类型的失效分 析方法。

作为一个较好的实施例，所述软件化处理模块可以包括调用串接模块，用 于采用所述可支持二次开发的图像流程定制引擎，将分属所述Z模块和L模块 的失效分析方法按照所构建好的失效分析流程分别定义好输入、输出端并逐个 串接，形成软件化于所述元器件失效分析专家系统中的失效分析流程。

作为一个较好的实施例，所述各失效信息之间的关联关系可以为如下：失 效分析方法—失效现象、失效现象—失效机理、失效模式—失效机理、失效环 境—失效机理。

上述一种元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建系统的其它技术特 征与本发明的元器件失效分析专家系统中失效分析流程构建方法相同，此处不 予赘述。

通过以上方案可以看出，本发明的一种元器件失效分析专家系统中失效分 析流程构建方法及系统，首先采集各门类电子元器件的失效信息，然后构建各 失效信息之间的关联关系，最后根据各失效信息之间的关联关系构建出基于失 效模式触发的失效分析流程。本发明所构建的失效分析流程，每一个失效分析 项目均有与之关联的失效现象，每一种失效模式和失效现象均有与之相关联的 失效机理，并且能够根据上一步失效分析步骤获得的现象信息而跳转到下一步 的失效分析步骤，然后在流程结束时综合多步骤的分析结果推理判断出失效原 因。本发明满足了在元器件失效分析专家系统中构建不同门类电子元器件失效 分析流程的需求，同时融合了电子元器件失效分析过程中涉及到的各种失效信 息的收集、整理、提炼、关联，使失效分析专家系统不仅仅是一个提供查询参 考帮助的资料集或者知识库，而是成为一种具有逻辑判断功能、可辅助完成实 际失效分析的电子手段，对于完成电子元器件失效分析和进行失效分析技术教 学有重要指导作用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。