失效分析的系统方法

失效分析的系统方法：在设计生产使用各环节都有可能出现失效，失效分析伴随产品全流程。

一、C-SAM（超声波扫描显微镜)，属于无损检查:

检测内容包含：

1.材料内部的晶格结构、杂质颗粒、夹杂物、沉淀物

2.内部裂纹

3.分层缺陷

4.空洞、气泡、空隙等。

二、 X－Ray（X光检测），属于无损检查:

X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。

检测内容包含：

1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板

2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况

3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷

三、SEM扫描电镜/EDX能量弥散X光仪（材料结构分析/缺陷观察，元素组成常规微区分析，精确测量元器件尺寸）,

SEM/EDX（形貌观测、成分分析）扫描电镜（SEM）可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据不同元素特征X射线波长的不同来测定试样所含的元素。通过对比不同元素谱线的强度可以测定试样中元素的含量。通常EDX结合电子显微镜（SEM）使用，可以对样品进行微区成分分析。

检测内容包含：

1.材料表面形貌分析，微区形貌观察

2.材料形状、大小、表面、断面、粒径分布分析

3.薄膜样品表面形貌观察、薄膜粗糙度及膜厚分析

4.纳米尺寸量测及标示

5.微区成分定性及定量分析

四、EMMI微光显微镜。对于故障分析而言，微光显微镜（Emission Microscope, EMMI）是一种相当有用且效率极高的分析工具。主要侦测IC内部所放出光子。在IC元件中，EHP（Electron Hole Pairs）Recombination会放出光子（Photon）。如在P-N结加偏压，此时N阱的电子很容易扩散到P阱，而P的空穴也容易扩散至N，然后与P端的空穴（或N端的电子）做EHP Recombination。

失效分析方法主要有五种，分别是：

1、外观检查。

外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。

2、X射线透视检查。

对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X射线透视系统来检查。X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。

3、切片分析。

切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。通过切片分析可以得到反映PCB（通孔、镀层等）质量的微观结构的丰富信息，为下一步的质量改进提供很好的依据。

4、扫描电子显微镜分析。

扫描电子显微镜（SEM）是进行失效分析的一种最有用的大型电子显微成像系统，其工作原理是利用阴极发射的电子束经阳极加速。扫描电镜图像景深远远大于光学显微镜，是针对金相结构、显微断口以及锡须等不平整样品的重要分析方法。

5、光电子能谱（XPS）分析。

样品受X射线照射时，表面原子的内壳层电子会脱离原子核的束缚而逸出固体表面形成电子，测量其动能Ex,可得到原子的内壳层电子的结合能Eb,Eb因不同元素和不同电子壳层而异，它是原子的“指纹”标识参数，形成的谱线即为光电子能谱（XPS）。

国家有色金属及电子材料分析测试中心作为我国有色金属检测领域的权威机构，专业从事机械零部件、工程部件等非正常断裂或腐蚀引起的工程失效分析工作。 失效分析对于提高产品质量和防止事故重演特别重要。十几年来，我们对飞机、潜艇、坦克、大功率内燃机、大容量发电机组、高压输电设备、多种重要民用设施进行了失效分析工作，取得了明显效果

失效分析工作是一个及其复杂的过程，它需要多学科相互交叉。我中心拥有先进的分析检测装备，齐全的材料分析检测方法与标准，经验丰富的专业技术队伍，可以综合分析和评价有色金属材料断裂、腐蚀失效的原因和机理；同时，中心作为独立的第三方检测机构，出具的报告客观科学准确公正，不管是对委托方还是其它方而言都是依据事实和分析测试结果来分析。

分析手段：

化学分析：重量法，容量法，分光光度法

仪器分析：辉光放电质谱、电感耦合等离子体质谱，电感耦合等离子体发射光谱，原子吸收光谱、X-射线荧光光谱、离子色谱、火花直读光谱、金属材料中气体成分分析等。

微观组织与结构分析：超高压电子显微镜，高分辨透射电子显微镜，场发射扫描电子显微镜，扫描电子显微镜，分析电镜，X射线衍射仪，金相显微镜

力学与物理性能测试：万能材料试验机及高低温装置，持久蠕变试验机，金属疲劳试验机，应力腐蚀试验机，工艺性能试验，硬度测试，金属耐候性试验，金属耐腐性能测试，金属涂层机表面测试。

服务案例：中心开展了大量失效分析工作，服务客户达数百例，部分案例如下：

1、大型热电厂换热器铜管材腐蚀断裂分析评价；

2、铁路电力机车铜导线变形失效分析；

3、切诺基汽车分动箱断裂失效分析；

4、大功率柴油发动机曲轴及动力箱失效分析；

5、特种功能陶瓷失效分析等；

6、大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔失效分析

7、坦克铸铝冷却风扇断裂失效分析

8、军工用氧化铍事故的应急分析及事故原因分析

9、铁路电气化电缆支架及相关另部件失效分析

10、华北输电线路支架失效分析

11、内燃机车发动机气缸失效分析

12、坦克发动机气缸盖失效分析

13、合成纤维生产线送料杆失效分析

14、铲车用轴断裂失效分析

15、民用各种供水、供热设备的管道和各种阀门的失效分析

16、铝基复合材料断裂机制的分析

17、油田用钢丝绳失效原因的分析

18、人体植入材料断裂失效分析

19、汽车发动机盖用铸造铝－硅合金断裂分析，

20、飞机发动机解剖分析

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案例介绍

大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔失效分析

某煤化工公司的制氧机在启用不久后出现了冷箱主冷管弯道内弧处穿孔失效，给该企业造成了巨大损失。为防止此类事故再次发生，针对大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔事故开展了失效分析，成功找到了事故的根源，主要原因是液氧流动死区干蒸发形成的有机物结晶并富集在管壁内侧，静电放电时引起微爆燃烧而穿孔，且失效部位在焊缝处；采用高镍、锰不锈钢冷铁衬套，正是这种材料加速了爆炸燃烧的剧烈程度。建议企业加强设备运行管理，降低液氧中有机物含量，改进冷铁类型等措施来防止穿孔事故。

客户反馈意见及评价：数据准确，分析到位，找到了事故的根源，避免类似事故的再次发生

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