失效分析案例
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电子元器件失效分析技术与失效分析经典案例案例1 器件内部缺陷——导致整机批次性失效失效信息:整机是磁盘驱动器,制造过程整机的次品率正常为300ppm,某时起发现次品率波动,次品原因是霍尔器件极间漏电、短路。
图1 引出电极金属化(金)边缘脱落跨接图片析说明:引出电极金属化边两电极之间,在电压作用下漏电、击穿。
案例电极边缘脱落,跨接两电极引起电极之间漏电短路分缘有残边,残边在注塑时被冲开而跨接于这是器件的工艺缺陷,这种缺陷具有批次性的特征,该批器件在使用过程中失效率大,寿命短。
2:静电放电损伤失效图2 射频器件静电击穿照片(金相)图3 数字IC静电击穿照片SEM)分析说明:静电放电击穿典型的特征是能量小、线径小,飞狐、喷射。
主要发生在射频、能量释放时间短,其失效特征是击穿点微波器件,场效应器件、光电器件也常有静电放电击穿的案例。
案例3:外部引入异常电压引起通讯IC 输失效信息:分析说明:通讯芯片通讯端口上的传输线容易引入干扰电压(窄脉冲浪涌),干扰电压多次对通讯案例电流能力下降引起整机失效率异常增大某时起整机的市场维修率异常增大,维修增大是整机中的IGBT 功率器件失效引起的。
另外集成电路、出驱动失效通讯芯片在现场使用时发生失效,表现为通讯端口对地短路。
图4 通讯IC 输出管形貌(SEM )图5 输出管电压击穿形貌(SEM )IC 的通讯端内部电路起损伤作用,最终形成击穿通道。
4:功率器件失效信息:图6 IGBT 芯片呈现过电流失效特征图7 原来IGBT 的内部结构析说明:效样品表现为过电流失效。
整机维修率异常增大发生时更改IGBT 的型号。
IBGT 制造厂家给出新330W ,原来型号的IGBT 的功率指标为,其它指标没有变化。
两只芯片,多了一只反向释放二极管,两个型号的IGBT 芯片的面积一样大,显然,下降,因此,新型号的IGBT 的电流能分失型号的IGBT 的功率指标比为175W 但新型号的IGBT 内部结构(图6)仅有一只芯片,而原来型号的IGBT 有新型号的IGBT 的芯片要有部分面积来完成反向释放二极管的作用,由于IGBT 芯片有效面积的减小,导致其电流能力力不如原来型号的IGBT ,整机中IGBT 的工作电流比较临界,因此,使用过程中由于电流问题的发生大量失效。
最新失效分析经典案例分享案例一:某知名手机品牌电池爆炸事件某知名手机品牌近期发生了一起电池爆炸事件,导致用户受伤。
经过详细的失效分析,发现电池在高温环境下,由于内部结构设计不合理,导致电池内部短路,进而引发爆炸。
这一案例提醒我们,在产品设计和生产过程中,必须高度重视电池的安全性,严格把控电池的质量和性能。
案例二:某电动车品牌刹车失灵事件某电动车品牌近期发生了一起刹车失灵事件,导致用户在行驶过程中无法及时停车,造成交通事故。
经过失效分析,发现刹车系统中的传感器存在设计缺陷,导致刹车信号无法正常传输。
这一案例警示我们,在产品设计和生产过程中,必须关注关键部件的可靠性,确保产品的安全性。
案例三:某智能门锁品牌指纹识别失效事件某智能门锁品牌近期发生了一起指纹识别失效事件,导致用户无法正常使用门锁。
经过失效分析,发现指纹识别模块中的芯片存在质量问题,导致识别准确率下降。
这一案例提醒我们,在产品设计和生产过程中,必须关注关键零部件的质量,确保产品的稳定性和可靠性。
最新失效分析经典案例分享案例四:某品牌空调制冷效果不佳事件某品牌空调近期被用户投诉制冷效果不佳,经过详细的失效分析,发现空调制冷系统中的冷凝器存在制造缺陷,导致制冷剂泄漏,影响了空调的制冷效果。
这一案例提醒我们,在产品设计和生产过程中,必须重视冷凝器等关键部件的质量,确保空调的制冷效果。
案例五:某品牌笔记本电脑触摸屏失灵事件某品牌笔记本电脑近期发生了一起触摸屏失灵事件,导致用户无法正常使用触摸屏功能。
经过失效分析,发现触摸屏的传感器存在设计缺陷,导致触摸信号无法正常传输。
这一案例警示我们,在产品设计和生产过程中,必须关注触摸屏等关键部件的可靠性,确保产品的使用体验。
案例六:某品牌洗衣机漏水事件某品牌洗衣机近期发生了一起漏水事件,导致用户家中地面受损。
经过失效分析,发现洗衣机的排水系统存在设计缺陷,导致排水不畅,进而引发漏水。
这一案例提醒我们,在产品设计和生产过程中,必须关注排水系统等关键部件的设计,确保产品的使用安全。
失效分析案例1:电浪涌导致器件失效
某产品在用户现场频频出现损坏,经过对返修单板进行分析,发现大部分返修单板均是某接口器件失效,对器件进行解剖后,在金相显微镜下观察,发现器件是由于EOS导致内部铝线融化,导致器件失效,该EOS能量较大。
进一步分析和该铝条相连的管脚电路应用,发现电路设计应用不当,没有采用保护电路,在用户现场带电插拔产生的电浪涌导致该器件失效。
通过模拟试验再现了失效现象。
解决方法:在用户手册中强调该产品不支持带电插拔。
预防措施:在今后的设计中,考虑用户的使用习惯,增加防护电路设计,对产品进行热插拔设计。
案例1
案例2:MSD控制不当导致产品在用户现场大量失效
某产品在用户现场使用半年以后,返修率惊人,达到30%,对产品进行分析,对主要失效器件进行失效分析,在扫描电镜下发现金属丝疲劳断裂导致器件失效。
进一步的原因分析,发现是该产品的生产加工控制出现了问题,对潮湿敏感器件的管理没有按照J-STD-033A 标准进行,导致受潮器件没有按照规定时间进行高温烘烤,在过回流焊时出现“爆米花”效应,对器件造成了损伤,降低了可靠性,导致在用户现场器件失效。
解决措施:对用户现场的所有有问题的批次产品进行召回。
预防措施:在生产加工过程中严格进行MSD的管理和控制。
案例2
案例3:电迁移
某产品在用户现场使用3年以后,返修率开始出现明显异常,进行失效分析发现,主要是某功率器件内部电迁移引起。
该问题属于器件厂家的设计和制造缺陷。
解决措施:和厂家联系,确定有问题的批次,更换有问题批次的器件。
预防措施:对器件可靠性认证体系重新进行设计,减少厂家批次性问题的发生。
案例3。
佳木斯大学
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失效分析案例
0 零件背景:
某⼀外径为ø450 mm, 壁厚为 50mm 的GCrl5SiMn 钢轴承圈 ,在最终热处理后进⾏磨削加⼯时,批量产⽣沿径向由外表⾯迅速向内表⾯扩展的开裂,造成很大的经济损失。
其⽣产⼯艺为轧制(1050~1150℃锻造) 球化退火→机械加⼯→淬⽕(840 ℃)⼗回⽕(170℃)→磨削等⼯序。
1.1化学成分分析
取一部分试样碎末,利用化学元素分析仪分析零件成分。
从上表看出,零件的化学成分符合标准要求。
1.2 硬度分析
在⾦相抛光⾯上,从裂纹源处开始沿轴向至壁厚中部每隔 3 mm 检测其硬度。
表 2 显⽰,裂纹边缘硬度与内部硬度基本⼀致,硬度均大于 60 HRC,符合标准要求;⽆明显脱碳软化现象。
1.3 断口宏观形貌
采⽤机械加压⽅法使套圈沿裂纹断开,⾸先对断⼝形貌⽤⾁眼观察。
⽤线切割从试样断⼝处切取⼀块含有裂纹源区⼗裂纹扩展区⼗压断区的断⼝试样。
⽤酒精清洗后在丙酮中⽤超声波清洗 20 min 取出⼲燥,⽤扫描电镜观察该断⼝形貌
通过⾁眼观察发现,裂纹源位于轴承套圈外表⾯沟槽尖⾓处。
试样两断⾯均为裂纹扩展形成,裂纹长⽽平直,由轴承套圈外表⾯沿径向向内表⾯扩展,初始裂纹最深处约为 15 mm,裂纹总长约 60mm。
初始裂纹有褐⾊氧化条纹,继续向⾥扩展为灰⾊,裂纹表⾯光滑细腻呈瓷状,属典型的脆性断⼝特征。
新断⼝呈银灰⾊,断⼝组织细密有⾦属光泽,说明晶粒很细⼩。
由图 2a 可见,断⼝平齐呈放射状特征,没有明显的塑性变形迹象,断⾯结构呈细瓷状,边缘⽆明显剪切唇,也⽆纤维状。
由图 2b 可见,断⼝形貌为韧窝⼗解理断⼝,呈混合断⼝特征。
大部分属于沿晶脆性开裂,沿晶分离⾯平滑,⽆微观塑性变形特征,晶粒均匀细⼩,⽆过热特征。
但发现有很长很深的⼀条穿晶带(如箭头所⽰),认为应该存在某种链条状脆性组织缺陷。
由图 3 可见,新压断⼝处形貌与起裂处大体相同 ,断⼝形貌仍为韧窝⼗解理断⼝ ,混合断⼝特征不变。
说明裂纹处与新压断⼝处的组织相同。
另外均未发现有明显的非⾦属夹杂物和⽓孔等缺陷。
1.4断口显微组织
在垂直于裂纹源断⾯⽅向的侧⾯作为⾦相试样端⾯ , 经机械磨抛后⽤ 4% 硝酸酒精溶液浸蚀 , 然后⽤光学显微镜观察其显微组织。
由图 4a 可见,断⼝处组织为细回⽕隐针马氏体⼗细⼩碳化物颗粒,未发现有过热的粗针马氏体,但发现有半封闭粗大⽹状分布的碳化物 (图中⽩亮⽹状组织〉存在。
按照JB/T l256⼀200l《⾼碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》规定,其⽹状碳化物为 3 级以上,超过标准要求的 2.5级。
回⽕组织符合标准要求,为⼀级回⽕组织。
图 4b 为另⼀处的显微组织 ,可见组织中有较严重的碳化物(⽩亮组织)偏析。
粗大⽹状碳化物和严重的碳化物偏析,对基体组织有很大的割裂作⽤ ,将大大增加组织脆性 ,因⽽淬⽕时在热应⼒和相变应⼒的作⽤下极易开裂。
因此,⽹状碳化物存在和碳化物偏析是引起轴承套圈开裂的主要原因。
2结果分析
由以上检测分析结果可见,GCrl5SiMn 钢轴承套圈的化学成分符合要求,硬度检测合格,尤其裂纹附近未出现脱碳软化现象,说明裂纹
不是在淬⽕前形成的。
由断⼝ SEM 形貌可见,晶粒细⼩均匀,未发现有明显的非⾦属夹杂物和⽓孔等缺陷。
碳化物颗粒和细隐针马氏体都很细⼩,组织合格⽆过热。
以上表明产品的球化退⽕和最终热处理⼯艺正确。
但从裂纹处 SEM 形貌中穿晶带的存在,到显微组织中半封闭粗大⽹状碳化物的出现以及碳化物组织的严重偏析,都说明引起套圈开裂的主要原因是:
(1) 钢材在轧制过程中,由于锻造⽐不够,造成碳化物组织的严重偏析。
(2) 始终锻温度偏⾼,尤其终锻温度偏⾼,在缓慢冷却过程中,沿晶界析出了粗大的半封闭⽹状分布的碳化物。
因⽽使材料的脆性显著增大,以至在淬⽕过程中致使材料开裂,导致产品在磨削中受外⼒作⽤使裂纹扩展⽽失效。
3 结论
(1) 轴承套圈的回⽕组织中存在半封闭⽹状分布碳化物并伴有碳化物偏析,不符合标准要求,是轴承套圈开裂失效的主要原因。
(2) 轴承套圈在轧制过程中,由于锻造⽐不够,存在碳化物组织的严重偏析;终锻温度偏⾼,冷却缓慢,造成碳化物沿晶界析出了呈粗⽝半封闭⽹状分布,使材料的脆性显著增大,致使材料在相变过程中产⽣裂纹,导致断裂。
(3) 建议对 GCrl5SiMn 钢轴承套圈增加锻造⽐;同时严格控制终锻温度在 800~850 °C ,采⽤分散锻件和加强通风等⼿段加快冷却速率。