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失效分析技术

电子五所 集成电路失效分析新技术

集成电路失效分析新技术 费庆宇1, 2 (1.信息产业部电子第五研究所,广东广州510610; 2.电子元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室,广东广州 510610) 摘要:通过实例综述了目前国内集成电路失效分析技术的现状和发展方向,包括:无损失效分析技术、信 号寻迹技术、二次效应技术、样品制备技术和背面失效定位技术,为进一步开展这方面的工作提供参考。 关键词:集成电路;失效分析;无损分析中图分类号:TN43.06 文献标识码:A 文章编号:1672-5468(2005)04-0001-05 Integratedcircuitfailureanalysistechnology FEIQing-yu1,2 (1.CEPREI,Guangzhou510610,China; 2.NationalKeyLaboratoryforReliabilityPhysicsanditsApplicationTechnologyofElectrical Component,Guangzhou510610,China) Abstract:ThestatusandtrendoftheICfailureanalysistechnologyinChinawasreviewedwith practicalcases,includingnondestructivefailureanalysis,signaltracing, secondaryeffect, samplepreparationandbacksidefailurelocation. Keywords:integatedcircuit;failureanalysis;nondestructiveanalysis 电子产品可靠性与环境试验 ELECTRONICPRODUCTRELIABILITYANDENVIRONMENTALTESTING 专家论坛 1 引言 失效分析是确定一种产品失效原因的诊断过 程。失效分析技术已经广泛地应用于各种工业部门。尤其在电子元器件行业中,失效分析有着特殊的重要性,主要表现在对元器件生产、元器件和整机设计几个方面:它能为元器件生产厂提供改进的建议,有助于提高产品的合格率和可靠性;它也能为设计部门提供设计验证和设计纠错的服 务,从而加快产品的研制速度;它既能为整机厂提供索赔或选择元器件供应商的依据,也能在电路的可靠性设计中,提供如何正确使用元器件的依据,从而提高整机的合格率和可靠性。 目前,集成电路(IC)正在向亚微米、深亚微米、多层布线结构的方向发展,以机械探针和光发射显微为主的、传统的失效分析技术已不能满足需要。 收稿日期:2005-05-18 作者简介:费庆宇(1944-),男,浙江海宁人,信息产业部电子第五研究所研究分析中心高级工程师,硕士,分别于1989、 1992和2001年赴联邦德国、加拿大和美国作访问学者,主要从事半导体器件和集成电路的失效机理和失效分析 技术研究,曾主持过多次重要课题的研究,其中“VLSI失效分析技术”课题荣获2003年度国防科技二等奖。 2005年8月第4期 Aug.2005No.4

PCB失效分析技术及部分案例

PCB失效分析技术及部分案例 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽,PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分,其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。但是由于成本以及技术的原因,PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。 对于这种失效问题,我们需要用到一些常用的失效分析技术,来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证,本文总结了十大失效分析技术,供参考借鉴。 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。外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别,是不是总是集中在某个区域等等。另外,有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现,是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。 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。该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下,并正由二维向三维成像的设备转变,甚至已经有五维(5D)的设备用于封装的检查,但是这种5D的X光透视系统非常贵重,很少在工业界有实际的应用。 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

各类材料失效分析方法

各类材料失效分析方法 Via 常州精密钢管博客 失效分析是一门发展中的新兴学科,近年开始从军工向普通企业普及,它一般根据失效模式和现象,通过分析和验证,模拟重现失效的现象,找出失效的原因,挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量,技术开发、改进,产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。 失效分析流程 图1 失效分析流程 各种材料失效分析检测方法 1 PCB/PCBA失效分析 PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分,其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。

图2 PCB/PCBA 失效模爆板、分层、短路、起泡,焊接不良,腐蚀迁移等。 常用手段· 无损检测: 外观检查,X射线透视检测,三维CT检测,C-SAM检测,红外热成像表面元素分析: 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 显微红外分析(FTIR) 俄歇电子能谱分析(AES) X射线光电子能谱分析(X PS) 二次离子质谱分析(TOF-SIMS)· 热分析:· 差示扫描量热法(DSC) 热机械分析(TMA) 热重分析(TGA) 动态热机械分析(DMA) 导热系数(稳态热流法、激光散射法) 电性能测试: · 击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移· 破坏性能测试: 染色及渗透检测

2 电子元器件失效分析 电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础,元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。 图3 电子元器件 失效模式 开路,短路,漏电,功能失效,电参数漂移,非稳定失效等 常用手段· 电测:连接性测试电参数测试功能测试 无损检测: 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 制样技术: 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 显微形貌分析: 光学显微分析技术 扫描电子显微镜二次电子像技术 表面元素分析: 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 俄歇电子能谱分析(AES)

PCB失效十大分析技术

对于PCB失效问题,我们需要用到一些常用的失效分析技术,来使得PCB 在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证,为此笔者为大家重点总结了十项用于PCB失效分析的技术,包括: 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。外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别,是不是总是集中在某个区域等等。另外,有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现,是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。 备注1:爆板是指无铅再流焊接过程中,发生在HDI积层多层PCB第二次压合的PP层和次 层铜箔棕化面之间的分离现象。有挥发物的形成源死产生爆板的必要条件: (1)PCB板中存在水汽是导致爆板的首要原因。 (2)存储和生产过程中湿气的影响也是导致爆板的重要原因。 备注2:HDI 是高密度互连(High Density Interconnector)的缩写是生产印制板的一种(技术),使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。当PCB的密度增加超过八层板后,以HDI来制造,其成本将较传统复杂的压合制程来得低。可改善射频干扰/电磁波干扰/静电释放(RFI/EMI/ESD) 2X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。该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下,并正由二维向三维成像的设备转变,甚至已经有五维(5D)的设备用于封装的检查,但是这种5D的X光透视系统非常贵重,很少在工业界有实际的应用。 备注1:PCBA是英文Printed Circuit Board +Assembly 的简称,也就是说PCB空板经过SMT 上件,再经过DIP插件的整个制程,简称PCBA .这是国内常用的一种写法,而在欧美的标准写 法是PCB'A。PCBA可理解为成品线路板,也就是线路板的所有工序都完成了后,才能算PCBA。

失效分析

失效分析 第三章失效分析的基本方法 1.按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法:(1)审查设计(2)材料分析(3)加工制 造缺陷分析(4)使用及维护情况分析 2.系统工程的分析思路方法:(1)失效系统工程分析法的类型(2)故障树分析法(3)模糊故 障树分析及应用 3.失效分析的程序:调查失效时间的现场;收集背景材料,深入研究分析,综合归纳所有信息 并提出初步结论;重现性试验或证明试验,确定失效原因并提出建议措施;最后写出分析报告等内容。 4.失效分析的步骤:(1)现场调查①保护现场②查明事故发生的时间、地点及失效过程③收集 残骸碎片,标出相对位置,保护好断口④选取进一步分析的试样,并注明位置及取样方法⑤询问目击者及相关有关人员,了解有关情况⑥写出现场调查报告(2)收集背景材料①设备的自然情况,包括设备名称,出厂及使用日期,设计参数及功能要求等②设备的运行记录,要特别注意载荷及其波动,温度变化,腐蚀介质等③设备的维修历史情况④设备的失效历史情况⑤设计图样及说明书、装配程序说明书、使用维护说明书等⑥材料选择及其依据⑦设备主要零部件的生产流程⑧设备服役前的经历,包括装配、包装、运输、储存、安装和调试等阶段⑨质量检验报告及有关的规范和标准。(3)技术参量复验①材料的化学成分②材料的金相组织和硬度及其分布③常规力学性能④主要零部件的几何参量及装配间隙(4)深入分析研究(5)综合分析归纳,推理判断提出初步结论(6)重现性试验或证明试验 5.断口的处理:①在干燥大气中断裂的新鲜断口,应立即放到干燥器内或真空室内保存,以防 止锈蚀,并应注意防止手指污染断口及损伤断口表面;对于在现场一时不能取样的零件尤其是断口,应采取有效的保护,防止零件或断口的二次污染或锈蚀,尽可能地将断裂件移到安全的地方,必要时可采取油脂封涂的办法保护断口。②对于断后被油污染的断口,要进行仔细清洗。③在潮湿大气中锈蚀的断口,可先用稀盐酸水溶液去除锈蚀氧化物,然后用清水冲洗,再用无水酒精冲洗并吹干。④在腐蚀环境中断裂的断口,在断口表面通常覆盖一层腐蚀产物,这层腐蚀产物对分析致断原因往往是非常重要的,因而不能轻易地将其去掉。 6.断口分析的具体任务:①确定断裂的宏观性质,是延性断裂还是脆性断裂或疲劳断裂等。② 确定断口的宏观形貌,是纤维状断口还是结晶状断口,有无放射线花样及有无剪切唇等。③查找裂纹源区的位置及数量,裂纹源的所在位置是在表面、次表面还是在内部,裂纹源是单个还是多个,在存在多个裂纹源区的情况下,它们产生的先后顺序是怎样的等。④确定断口的形成过程,裂纹是从何处产生的,裂纹向何处扩展,扩展的速度如何等。⑤确定断裂的微观机理,是解理型、准解理型还是微孔型,是沿晶型还是穿晶型等。⑥确定断口表面产物的性质,断口上有无腐蚀产物,何种产物,该产物是否参与了断裂过程等。 7.断口的宏观分析(1)最初断裂件的宏观判断①整机残骸的失效分析;②多个同类零件损坏的 失效分析;③同一个零件上相同部位的多处发生破断时的分析。(2)主断面(主裂纹)的宏观判断①利用碎片拼凑法确定主断面;②按照“T”形汇合法确定主断面或主裂纹;③按照裂纹

零件失效分析方案设计

零件失效分析方案设计 实验目的 ⑴了解失效分析的基本方法与基本技术; ⑵了解断裂零件断口的宏观形貌特征与失效模式、失效原因之间的关系; ⑶分析材料组织、性能对零件加工及使用过程中失效的影响; ⑷通过分析,提出预防和改进的措施。 实验仪器设备、失效零件 照相机、放大镜; 切割机、砂轮机、镶嵌机、抛光机; 洛氏硬度计; 金相显微镜、CCD数码成像系统。 失效零件选择60Si2CrA弹条。 实验原理 1.材料常见的失效形式及其判断方法; 2.材料典型断裂失效断口的形貌及其特征; 3. 断口分析技术; 4.裂源及裂纹扩展方向的判别; 5. 力学性能测试技术。 失效分析 ⑴选择失效零部件,进行宏观外形与尺寸的观察和测量,拍照留据,确定重点分析的部位。 ⑵调查零部件的服役条件和失效过程。 ⑶查阅失效零部件的有关资料,包括零部件的设计、加工、安装、使用维护等方面的资料。 3.5:收集资料:该零件在相同\不同工作条件下的实效形式,观察断口情况,统计相关信息;对本零件的实效可能性做出几种假设,在以后实验中留意相关证据,验证假设是否正确。(PS:有点类似人工智能的推理模式)

⑷试验研究 实验方法与步骤 1、对整个零件进行检查,包括 (1)断裂形式、部位及塑性变形情况,并注意裂纹源区; (2)有无腐蚀痕迹; (3)有无磨损迹象; (4)表面状况(有无机械损伤,颜色变化,氧化及脱碳现象); (5)原材料质量,加工缺陷等。 (6)注意与假设对比:看是否有假设相同的,相同则进一步验证其他的,不同则做更多的假设.PS:一定要在假设中做一条我们最后要得出的。 2、断口宏观分析 用放大镜观察断口表面,主要内容有 1.裂纹源与终止点; 2.断裂面、裂纹扩展方向; 3.断口附近的塑性变形情况; 4.断口是否清洁光亮; 5.断口结构特点、贝纹特征及终端区大小, 6.注意与假设对比:看是否有假设相同的,相同则进一步验证其他的,不同则做更多 的假设.PS:一定要在假设中做一条我们最后要得出的。 并拍照留据。 3、断口硬度检测 在断口附近取若干个样本检测点,用洛氏硬度计进行硬度检测并与标准硬度值进行比较。 4.金相检测 在断裂件上截取金相试样,经镶嵌、打磨和抛光,再用3%硝酸酒精溶液侵蚀后在金相显微镜下进行显微组织观察。 5、下结论:通过以上实验得出一个结论: 对预防该类零件的实效提出建议: 对本实验做一个总结:缺点和优点,值得改进与发扬的地方。

PCB失效分析技术与案例

PCB失效分析技术与典型案例 2009-11-18 15:10:05 资料来源:PCBcity 作者: 罗道军、汪洋、聂昕 摘要| 由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求,越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF等等各种失效问题。本文首先介绍针对PCB在使用过程中的这些失效的分析技术,包括扫描电镜与能谱、光电子能谱、切片、热分析以及傅立叶红外光谱分析等。然后结合PCB的典型失效分析案例,介绍这些分析技术在实际案例中的应用。PCB失效机理与原因的获得将有利于将来对PCB的质量控制,从而避免类似问题的再度发生。 关键词| 印制电路板,失效分析,分析技术 一、前言 PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分,其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。随着电子信息产品的小型化以及无铅无卤化的环保要求,PCB也向高密度高Tg以及环保的方向发展。但是由于成本以及技术的原因,PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题,并因此引发了许多的质量纠纷。为了弄清楚失效的原因以便找到解决问题的办法和分清责任,必须对所发生的失效案例进行失效分析。本文将讨论和介绍一部分常用的失效分析技术,同时介绍一些典型的案例。 二、失效分析技术 介于PCB的结构特点与失效的主要模式,本文将重点介绍九项用于PCB失效分析的技术,包括:外观检查、X射线透视检查、金相切片分析、热分析、光电子能谱分析、显微红外分析、扫描电镜分析以及X射线能谱分析等。其中金相切片分析是属于破坏性的分析技术,一旦使用了这两种技术,样品就破坏了,且无法恢复;另外由于制样的要求,可能扫描电镜分析和X射线能谱分析有时也需要部分破坏样品。此外,在分析的过程中可能还会由于失效定位和失效原因的验证的需要,可能需要使用如热应力、电性能、可焊性测试与尺寸测量等方面的试验技术,这里就不专门介绍了。 2.1 外观检查

新版PFMEA-过程失效模式与影响分析实战训练(3)

新版PFMEA-过程失效模式与影响分析实战训练 ●课程背景 德国汽车工业协会(VDA QMC)在德国柏林召开股东会议,并正式宣布新版AIAG-VDA FMEA标准发布!这是一个历史性时刻,历经了长时间汽车行业专家的反复研讨和修订,第一版的AIAG-VDA标准终于正式发布!本次培训将根据最新发布的AIAG-VDA FMEA 要求,系统地讲解新版FMEA的背景,重要变化点以及企业如何应对等,并对新的AIAG-VDA FMEA七步法进行详细讲解,帮助企业迅速掌握新版FMEA的使用。FMEA是1960 年代美国太空计划所发展出来的一套手法,为了预先发现产品或流程的任何潜在可能缺点,并依照其影响效应,进行评估与针对某些高风险系数之项目,预先采取相关的预防措施避免可能产生的损失与影响。近年来广为企业界做为内部预防改善与外部对供货商要求的工具,是从事产品设计及流(制)程规划相关人员不得不熟悉的一套运用工具。FMEA是系统化的工程设计辅助工具,主要利用表格方式协助进行工程分析,使其在工程设计时早期发现潜在缺陷及其影响程度,及早谋求解决之道,避免失效之发生或降低影响,提高系统之可靠度。因此尽早了解与推动失效分析技术,是业界进军国际市场必备的条件之一! ●培训对象 研发总监、经理、工程师;质量总监、质量经理、质量主管、质量工程师、质量技术员;技术总监、经理、工程师、技术员;产吕流程总监、经理、工程师、技术员;生产经理、生产主管以及所有工程师(PE,ME,QA,SQE等)。 ●培训时间 1-2天 ●课程收获 1.了解最新版PFMEA的背景及主要变化点

2.理解和掌握新版PFMEA的七步法 3.预先考虑正常的用户使用和制造过程中会出现的失效 4.有助于降低成本提升效益,预防不良品的发生 5.建立产品可靠度保证系统,具备整体的概念 6.认识失效的类型及其影响 7.熟悉并运用失效模式与效应分析手法预防产品设计与制程规划可能发生的不良现象 8.累积公司相关不良模式与效应处理之工程之知识库,不断改进产品可靠性 课程大纲 第一章FMEA的发展过程 一.了解FMEA 二.FMEA定义 三.FMEA的目的 四.什么时候用FMEA 五.新版PFMEA的主要变化 1.七步法代替以前的“填表法” 2.全新的SOD评分标准 3.全新的措施优先级AP取代RPN 4.增加了优化措施的状态跟踪 5.全新的表格等 第二章PFMEA简介 一.PFMEA的时间顺序 二.PFMEA集体的努力 三.成功的PFMEA小组 四.PFMEA小组的守则 五.PFMEA小组决定的标准/模式 第三章执行新版PFMEA和实例 一.执行新版PFMEA的步骤

失效分析技术之基础知识篇

失效分析技术之基础知识篇 摘要:本文介绍失效分析与预防技术相关的概念、失效及失效分析分类、失效分析的目的、特点及作用,以及对失效分析实验室、人员和管理的要求等。 关键词:失效,失效分析,失效预防 1基本概念[1] 1.1失效 产品丧失规定的功能称为失效。 1.2失效分析 判断失效的模式,查找失效原因和机理,提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。 1.3失效模式 失效的外在宏观表现形式和规律称为失效模式。 1.4失效机理 失效机理是指引起失效的微观物理化学变化过程和本质。 1.5失效学 研究机电产品失效的诊断、预测和预防理论、技术和方法的交叉综合的分支学科。失效学与相关学科的边界还不够明确,它是一个发展中的新兴学科。 1.6风险 风险是失效的可能性与失效后后果的乘积,风险评估就是对系统发生失效的危险性进行定性和定量的分析。 1.7失效和事故 失效与事故是紧密相关的两个范畴,事故强调的是后果,即造成的损失和危害,而失效强调的是机械产品本身的功能状态,如由于涡轮叶片的疲劳断裂失效,

导致某型号的某某事故。失效和事故常常有一定的因果关系,但二者没有必然的联系。 1.8失效和可靠性 失效是可靠性的反义词。产品的可靠度R(t)是产品在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。失效率F(t)是指工作到某一时刻尚未失效的产品,在该时刻后,单位时间内发生失效的概率,即F(t)=1-R(t)。 1.9失效件和废品 失效件是指进入商品流通领域后发生故障的零件,而废品则是指进入商品流通领域前发生质量问题的零件。废品分析采用的方法常与失效分析方法一致。 1.10失效分析和状态诊断 失效分析是指事后的分析,而状态诊断是针对可能的主要失效模式、原因和机理方面事先的,即在线、适时、动态的诊断。 1.11失效分析和安全评定 失效分析是指事故后的失效模式、原因和机理诊断,而安全评定是指事故前,按“合于使用”原则的安全与否的评价。 1.12失效分析与维修 维修是维护和修理的总合,维护指将可能造成维修对象功能缺损的因素排除掉,修理指将维修对象缺损的功能恢复,主要是以替换失效件的方式进行。而失效分析是针对失效件的失效模式、原因和机理进行分析。维修主要是针对整机进行修复,而失效分析是对已经定位的失效构件或材料进行分析。 1.13痕迹[2] 主要指力学、化学、热学、电学等因素单独地或共同地作用于制件,而在制件上形成的各种印迹、颜色或材料粘结等。 1.14痕迹分析 对痕迹进行诊断鉴别,找出其形成和变化的原因,为失效分析提供线索和依据的过程。

失效分析心得体会

失效分析与无损检测技术综合应用 心 得 体 会

11级检测技术及应用 11802205 薛星 2013年5月30日 尊敬的马老师: 您好!我是11级检测技术及应用的班长薛星。通过这次的讲座,使我受益匪浅。您给我们针对CR技术、失效分析和无损检测的新技术进行了一一的讲解,让我们对我们的专业有了进一步的认识,也对本专业的发展有了深入了解。 CR技术(Computed Radiography;Computed Radiology),是一种数字化的新的非胶片射线照相检验技术。目前,它采用贮存荧光成像板(Storage Phosphor Imaging Plate)完成射线照相检验。 采用贮存荧光成像板的CR技术,是基于某些荧光发射物质,具有保留潜在图像信息的能力。这些荧光物质受到射线照射时,在较高能带俘获的电子形成光激发射荧光中心(PLC)。采用激光激发时,光激发射荧光中心的电子将返回它们初始能级,并以发射可见光的形式输出能量。这种光发射与原来接收的射线剂量成比例。这样,当激光束扫描贮存荧光成像板时,就可将射线照相图像转化为可见的图像

无损检测新技术有激光超声检测方法、激光(错位)散斑检测方法、红外热像检测方法、微波检测技术、超声波时差衍射技术、金属磁记忆检测技术、数字射线成像技术、远场涡流检测技术等。其中红外热像检测对蜂窝积水问题的应用较多。 本次的讲座让我们对无损检测的发展前景充满了信心,随着社会的发展,无损检测技术的应用也随之增多。讲座针对无损检测技术、设备和应用都做了讲解,使我们对无损检测从理论到应用都有了深入了解。相信通过我们的认真学习,一定会在无损检测技术中提高理论和实践的只是和技能。近年来,随着军事工业和航空航天工业中各种高性能的复合材料、陶瓷材料的应用,微波无损检测的理论、技术和硬件系统都有了长足的进步,从而大大推动了无损检测技术的发展。

机械零件失效分析

第一章 失效:产品丧失其规定功能的现象。 常见失效形式:有变形、断裂、损伤失效。 失效分析:研究机械装备的失效诊断、失效预测和失效预防的理论、技术、方法及其工程应用的一门学科。(综合性、实用性) 引起失效的因素是复杂的,归纳为两个方面: 材料因素:内因,包括材料品质及加工工艺方面的各种因素; 环境因素:外因,包括受载条件、时间、温度及环境介质等因素。 产品的失效都是在材料或零件的强度(韧性)与应力因素和环境条件不相适应的条件下发生的。失效总是从产品对服役条件最不适应的环节开始的,而且失效产品或零件的残骸上必然会保留有失效过程的信息。 产品的可靠度: 产品在规定的条件下和规定的时间内满意地完成规定功能的概率。 四个含义:即功能、时间、使用条件和满意地完成规定功能的概率。 1.2 失效分析的任务和意义 ■促进产品质量提高 图1.1光效仆析烏产品设汁.制遣之闾的关離 第二章 按失效的宏观特征作为一级失效形式分类,分为变形失效、断裂失效和表面损伤失效。机械零件失效原因概述 1. 服役条件---受力状况(载荷类型、载荷性质、应力状态)和环境(介质和温度) 2. 材料因素 3.设计和工艺因素 4.使用和维修 软性应力状态:a >1 a越大,应力状态越软,易引起塑性变形 硬性应力状态:a <1 a越小,应力状态越硬,易引起脆性断裂 T max a =

第三章P25+P69 常见失效形式( 11种):过量弹性变形失效、屈服失效(塑性变形失效) 、塑性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂失效、腐蚀失效、应力腐蚀失效、氢脆失效、腐蚀疲劳失效、磨损失效、蠕变失效。 脆性断裂失效:构件在断裂前没有发生或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂形式。断裂应力低于材料屈服强度,因此称为低应力脆断。工作条件: 高速、高压、高温和低温导致材料的服役条件越来越苛刻。 低温脆性断裂主要发生于体心立方和密排六方金属材料中,这些材料称为低温脆性材料,低碳钢是其典型代表。 脆性断裂特征: (1) 断裂部位在宏观上几乎看不出或者完全没有塑性变形,碎块断口可以拼合复原。 (2) 起裂部位常在变截面处即应力集中部位,或者存在表面缺陷或内部缺陷处。 (3) 形成平断口,断口平面与主应力方向垂直。 (4) 断口呈细瓷状,较光亮,对着光线转动,可看到闪光刻面,无剪切唇。 (5) 断裂常发生于低温条件下,或受冲击载荷作用时。 (6) 断裂过程瞬间完成,无预兆。 金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下,由于累积损伤而引起的断裂现象称为疲劳。疲劳断裂特点 ⑴疲劳断裂是低应力循环延时断裂,即具有寿命的断裂。 ⑵疲劳断裂是突然断裂,即脆性断裂。断裂前没有明显的征兆,疲劳是一种潜在的突发性断裂。 ⑶对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感。 典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域:疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬时断裂区。疲劳裂纹有贝纹线,贝纹线是以疲劳源为圆心的一簇同心圆弧;间距不同,近源者密,远源者疏。贝纹线的宽窄不同。与过载程度、材质有关,过载大、韧性差的线粗而不明显。贝纹线和疲劳辉纹的区别:?形成原因不同。 贝纹线是交变应力的频率、幅度变化或载荷停歇等原因造成的。 疲劳辉纹是一次交变应力循环使裂纹尖端塑性钝化形成的。?二者可以同时出现,也可以不同时出现。 有时在宏观断口上看不到贝纹线;在电子显微镜下也不一定看到疲劳辉纹。 氢脆失效的类型及特征 1. 白点:又称发裂,是由于钢中存在的过量的氢造成的。 2. 氢蚀:如果氢与钢中的碳发生反应,生成CH4气体,也可以在钢中形成高压,并导致钢材 塑性降低,这种现象称为氢蚀。 3. 氢化物致脆:在纯钛、a -钛合金、钒、锆、铌及其合金中,氢易形成氢化物,使塑性、 韧性降低,产生脆化。 4. 氢致延滞断裂由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂。这类氢脆是目前工程上所说的大多数氢脆。

失效分析的现状与发展趋势

失效分析的现状与发展趋势 毛泉2014110092 一、国外状况 国外工业发达国家高度重视航空装备在内的交通安全事故的调查研究工作。美国建有国家运输安全委员会, 并早在19 67 年, 美国成立了“机械故障预防中心( M FP C ) ”, 由原子能委员会、美国国家航空和宇航局( N A S A ) 等长期支持开展航空和宇航材料与结构的服役失效分析工作。美国的失效分析中心遍布全国各个部门, 有政府办的, 也有大公司及大学办的。例如, 国防尖端部门、原子能及宇航故障分析集中在国家的研究机构中进行; 宇航部件的故障分析在肯尼 迪空间中心故障分析室进行; 阿波罗航天飞机的故障在约翰逊空间中心和马歇 尔空间中心进行分析; 民用飞机故障在波音公司及洛克威尔公司的失效分析中 心进行分析。福特汽车公司、通用电器公司及西屋公司的技术发展部门均承担着各自的失效分析任务。许多大学也承担着各自的失效分析任务。像里海大学、加州大学、华盛顿大学承担着公路和桥梁方面的失效分析工作。有关学会, 如美国金属学会、美国机械工程师学会和美国材料与试验学会均开展了大量的失效分析工作。 在德国, 失效分析中心主要建在联邦及州立的材料检验中心。原西德的1个州共建了523个材料检验站, 分别承担各自富有专长的失效分析任务。工科大学的材料检验中心, 在失效分析技术上处于领先地位。德国联邦材料测试实验室及GKSS 研究中心是长期从事材料及结构服役与失效综合研究的世界著名的研究机构。 此外, 在日本, 国立的失效分析研究机构有金属材料技术研究所、产业安全研究所和原子力研究所等。在企业界, 新日铁、日立、三井、三菱等都有研究机构, 另外各工科大学都有很强的研究力量。意大利B od y co et 材料测试国家实验室也是长期从事材料及结构服役与失效综合研究的世界著名的研究机构。 美国出版和再版的《金属手册》中的失效分析卷是一本影响较大的实用工具书, 目前在英国还定期出版杂志《EngineeringFailure Analysis》, 美国出版了杂志《Failure Analysis& Prevention》 国际工程失效分析会议(International Conferences on Engineering Failure Analysis)从2004年每隔两年召开至今。 二、国内状况 1974 年在南京召开的材料金相学术讨论会上, 第一次设立了失效分析分会场。1980 年在北京召开了全国第一次机械装备失效分析经验交流会, 收集论文和分析案例311篇。 19 8 4 年和19 8 8 年分别在杭州和广州召开了第二次和第三次全国失效分析技术会议。 1993年6月在桂林召开了第四次全国失效分析会议。 1986年成立了中国机械工程学会失效分析分会。 1987年召开全国机械装备失效分析评比交流会( 后被称为“第一次全国机电装备失效分析预测预防战略研讨会”)

IC失效分析中电测技术及其应用研究

IC失效分析中电测技术及其应用研究 林晓玲,费庆宇,师谦,肖庆中 电子元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室; 信息产业部电子第五研究所,广州,510610,euling@https://www.doczj.com/doc/be14562909.html, 摘要:IC失效分析中电测技术的研究介绍,包括敏感参数测试中的待机电流测试、瞬态电流测试、端口IV特性测试、扫描端口测试,并对各种电测技术举例说明。 关键词:失效分析;电测技术;连接性失效 1 引言 失效分析人员从失效现场获得的间接数据对开展失效分析有重要参考价值。失效分析人员在认真研究现场数据后,有可能推测出失效模式和失效机理,然后选择适当的失效分析方法验证上述推测,最终确定失效原因。然而,现场数据是以生产或使用为目的而获得,这些数据可能不完全或项目繁多重点不突出,或随时间的推移参数已发生变化。失效分析人员应尽可能以失效分析为目的重新对关键的参数进行电测,这种电测可以重现失效现象,确定失效模式、缩小故障隔离区,确定失效定位的激励条件,为进行信号寻迹法失效定位创造条件。在特定条件下,从一些敏感参数的电测结果可确定失效机理,简化失效分析步骤。为防止引入新的失效机理,进行开封、去钝化层的等样品制备过程后,需对样品重新进行电测。 2 IC电测技术及其应用介绍 2.1 电测的种类和相关性 IC的电测失效可分为连接性失效、电参数失效和功能失效。连接性失效包括开路、短路以及电阻值变化。这 类失效在所有失效种类中最常发生,也比较容易测试。在使用过程中失效,即现场失效的IC多数是由连接性 失效导致的,根据国内外整机失效统计分析,这类失效占总失效数的50%,这里的连接性失效多数由静电放电(ESD)损伤和过电应力(EOS)损伤引起。可见,连接性测试在失效分析中有广泛用途。优先进行连接性测试, 如能发现问题,可省去电参数测试和功能测试等繁琐步骤,简化测试手续,实现快速失效分析。 确定IC的电参数失效,需进行较复杂的测量。各种IC内部的元件都有各自特殊的参数,如双极晶体管的电流增益,MOS器件的阈值电压和跨导,光电二极管的暗电流和光电转换效率,数字集成电路的电源电流、输入电压、输入电流、输出电压等。电参数失效的主要表现形式有数值超出规定范围(超差)和参数不稳定。 确定IC的功能失效,需对IC输入一个已知的激励信号,测量输出结果。如测得的输出状态与预计状态相同,则IC功能正常,否则为失效。功能测试主要用于集成电路。简单的集成电路的功能测试需电源、信号源和示 波器,复杂的集成电路测试需自动测试系统(ATE)和复杂的测试程序。 同一个IC,上述三种失效有一定的相关性,即一种失效可能引起其它种类的失效。功能失效和电参数失效的 根源时常可归结于连接性失效。在缺乏复杂功能测试设备和测试程序的情况下,有可能用简单的连接性测试和参数测试方法进行电测,结合物理失效分析技术的应用仍然可获得令人满意的失效分析结果。以数字集成电路为例,连接性失效可引起电参数失效和功能失效。如输入端漏电使输入电流I IN、输入电压V IH达不到要求, 并引起功能失效和静态电源电流IDDQ失效。输入端开路和输出端开路也会引起功能失效。电源对地短路会引起功能失效和静态电源电流IDDQ失效。失效器件经电测可能有多种失效模式,如同时存在连接性失效、电参数 失效和功能失效,然而存在一种主要失效模式,该失效模式可能引发其它失效模式。 2.2 敏感参数测试法 作为功能测试的补充,敏感参数测试技术近来得到了国际测试界的重视,这些敏感参数测试包括:待机电流测试测试和瞬态电流测试等。 2.2.1待机(stand by)电流测试技术

可靠性失效分析常见方法

可靠性失效分析常见思路 失效分析在生产建设中极其重要,失效分析的限期往往要求很短,分析结论要正确无误,改进措施要切实可行。 1 失效分析思路的内涵 失效分析思路是指导失效分析全过程的思维路线,是在思想中以机械失效的规律(即宏观表象特征和微观过程机理)为理论依据,把通过调查、观察和实验获得的失效信息(失效对象、失效现象、失效环境统称为失效信息)分别加以考察,然后有机结合起来作为一个统一整体综合考察,以获取的客观事实为证据,全面应用推理的方法,来判断失效事件的失效模式,并推断失效原因。因此,失效分析思路在整个失效分析过程中一脉相承、前后呼应,自成思考体系,把失效分析的指导思路、推理方法、程序、步骤、技巧有机地融为一体,从而达到失效分析的根本目的。 在科学的分析思路指导下,才能制定出正确的分析程序;机械的失效往往是多种原因造成的,即一果多因,常常需要正确的失效分析思路的指导;对于复杂的机械失效,涉及面广,任务艰巨,更需要正确的失效分析思路,以最小代价来获取较科学合理的分析结论。总之,掌握并运用正确的分析思路,才可能对失效事件有本质的认识,减少失效分析工作中的盲目性、片面性和主观随意性,大大提高工作的效率和质量。因此,失效分析思路不仅是失效分析学科的重要组成部分,而且是失效分析的灵魂。 失效分析是从结果求原因的逆向认识失效本质的过程,结果和原因具有双重性,因此,失效分析可以从原因入手,也可以从结果入手,也可以从失效的某个过程入手,如“顺藤摸瓜”,即以失效过程中间状态的现象为原因,推断过程进一步发展的结果,直至过程的终点结果“;顺藤找根”,即以失效过程中间状态的现象为结果,推断该过程退一步的原因,直至过程起始状态的直接原因“;顺瓜摸藤”,即从过程中的终点结果出发,不断由过程的结果推断其原因“顺;根摸藤”,即从过程起始状态的原因出发,不断由过程的原因推断其结果。再如“顺瓜摸藤+顺藤找根”、“顺根摸藤+顺藤摸瓜”、“顺藤摸瓜+顺藤找根”等。 2 失效分析的主要思路 常用的失效分析思路很多,笔者介绍几种主要思路。 “撒大网”逐个因素排除的思路 一桩失效事件不论是属于大事故还是小故障,其原因总是包括操作人员、机械设备系统、材料、制造工艺、环境和管理6个方面。根据失效现场的调查和对背景资料(规划、设计、制造说明书和蓝图)

失效分析方法大汇总

失效分析简介 失效分析是一门发展中的新兴学科,近年开始从军工向普通企业普及,它一般根据失效模式和现象,通过分析和验证,模拟重现失效的现象,找出失效的原因,挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量,技术开发、改进,产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。 失效分析流程 图1 失效分析流程 各种材料失效分析检测方法 1 PCB/PCBA失效分析

PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分,其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。 图2 PCB/PCBA 失效模式 爆板、分层、短路、起泡,焊接不良,腐蚀迁移等。 常用手段 无损检测:外观检查,X射线透视检测,三维CT检测,C-SAM检测,红外热成像表面元素分析:扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)显微红外分析(FTIR)俄歇电子能谱分析(AES)X射线光电子能谱分析(XPS)二次离子质谱分析(TOF-SIMS)

热分析:差示扫描量热法(DSC)热机械分析(TMA)热重分析(TGA)动态热机械分析(DMA)导热系数(稳态热流法、激光散射法)电性能测试:击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移破坏性能测试:染色及渗透检测 2 电子元器件失效分析 电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础,元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。 图3 电子元器件 失效模式 开路,短路,漏电,功能失效,电参数漂移,非稳定失效等 常用手段 电测:连接性测试电参数测试功能测试无损检测:开封技术(机械开封、化学开封、激光开封)去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层)微区分析技术(FIB、CP)制样技术:开封技术(机械开封、化学开封、激光开封)去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层)微区分析技术(FIB、CP)显微形貌分析:光学显微分析技术扫描电子显微镜二次电子像技术表面元素分析:扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)俄歇电子能谱分析(AES)X射线光电子能谱分析(XPS)二次离子质谱分析(SIMS)无损分析技术:X射线透视技术三维透视技术反射式扫描声学显微技术(C-SAM)3 金属材料失效分析 随着社会的进步和科技的发展,金属制品在工业、农业、科技以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛,因此金属材料的质量应更加值得关注。

失效分析常用工具介绍

失效分析常用工具介绍 1.透射电镜(TEM) TEM一般被使用来分析样品形貌(morhology),金相结构(crystallographic structure)和样品成分分析。TEM比SEM系统能提供更高的空间分辨率,能达到纳米级的分辨率,通常使用能量为60-350keV的电子束。 与TEM需要激发二次电子或者从样品表面发射的电子束不同,TEM收集那些穿透样品的电子。与SEM一样,TEM使用一个电子枪来产生一次电子束,通过透镜和光圈聚焦之后变为更细小的电子束。 然后用这种电子束轰击样品,有一部分电子能穿透样品表面,并被位于样品之下的探测器收集起来形成影像。 对于晶体材料,样品会引起入射电子束的衍射,会产生局部diffraction intensity variations,并能够在影像上非常清晰的显现出来。对于无定形材料,电子在穿透这些物理和化学性质都不同的材料时,所发生的电子散射情况是不相同的,这就能形成一定的对比在影像观察到。 对于TEM分析来说最为关键的一步就是制样。样品制作的好坏直接关系到TEM 能否有效的进行观察和分析,因此,在制样方面多加努力对于分析者来说也是相当必要的工作。 2.扫描声学显微镜 集成电路封装的可靠性在许多方面要取决于它们的机械完整性.由于不良键合、孔隙、微裂痕或层间剥离而造成的结构缺陷可能不会给电性能特性带来明显的影响,但却可能造成早期失效.C模式扫描声学显微镜(C—SAM)是进行IC 封装非破坏性失效分析的极佳工具,可为关键的封装缺陷提供一个快速、全面的成象.并能确定这些缺陷在封装内的三维方位.这一C—SAM系统已经在美国马里兰州大学用于气密性(陶瓷)及非气密性(塑料)IC封装的可靠性试验。它在塑料封装常见的生产缺陷如:封装龟裂、叶片移位、外来杂质、多孔性、钝化层龟裂、层间剥离、切断和断裂等方面表现出 3.俄歇电子(Auger Analysis ) 是一种针对样品表面进行分析的失效分析技术。Auger Electron Spectroscopy 和Scanning Auger Microanalysis(微量分析)是两种Auger Analysis 技术。这两种技术一般用来确定样品表面某些点的元素成分,一般采取离子溅射的方法(ion sputtering),测量元素浓度与样品深度的函数关系。Auger depth可以被用来确定沾污物以及其在样品中的所在未知。它还可以用来分析氧化层的成分(composition of oxide layers),检测Au-Al键合强度以及其他诸如此类的。 与EDX或EDX的工作原理基本类似。先发射一次电子来轰击样品表面,被撞击出来的电子处于一个比较低的能量等级(low energy levels)。而这些能级较低的空能带就会迅速被那些能量较高的电子占据。而这个电子跃迁过程就会产生能量的辐射,也会导致Auger electrons(俄歇电子)的发射。所发射的俄歇电子的能量恰好与所辐射出的能量相一致。一般俄歇电子的能量为50-2400ev之间。

失效分析

第四章–失效分析 ?§4.1 失效模式与失效机理 ?§4.2 失效模型 ?§4.3 失效分析的内容与程序 ?§4.4 微分析技术的物理基础 ?§4.5 电子显微镜 ?§4.6 电子能谱及质谱 ?§4.7 红外分析 ?§4.8 破坏性物理分析 ?§4.9 失效分析实例 注:本章内容主要参考张开华老师课件 2011年11月4日10时361

概述 本章讨论微电子器件的失效分析,包括失效模式及分布、失效模型、失效机理,失效分析的工作内容、方法与步骤,以及常用微分析技术的基本原理、方法与特点。可靠性工作不仅要了解、预计所讨论对象的可靠性水平,更重要的是要提高其可靠性。失效分析是对失效器件进行分析检查,找出失效发生的原因,从而为改进、提高器件可靠性指明方向。所以失效分析在可靠性工程中具有重要的作用。 2011年11月4日10时362

在半导体行业内部,失效分析是大量诊断活动的代名词,经过这些诊断活动可找到失效部位,明确失效模式和失效机理,准确地判断失效的根本原因,从而提高产品的成品率,改善产品的质量和可靠性。所以失效分析是可靠性研究工作的重要方面,也是提高可靠性的重要方法和途径。从狭义的角度来说,失效分析是对一个完好的半导体器件部分或全部丧失规定的功能后(即失效后)的失效件进行分析的过程,对象主要有客户反馈的失效件或质量考核工程评估中出现的失效件。从广义角度来说,失效分析包括多种诊断活动的范畴。例如,它包括工艺发展的支持、设计故障的排除和在芯片制造和组装过程中成品率的改善。分析诊断过程需要相关的工具和技术的支持,并且通常要按照一定的分析程序来进行。 2011年11月4日10时363

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