常见失效分布讲解

2.2.1 应力集中与应力集中系数
应力集中：零件截面有急剧变化处，就会引起局 部区域的应力高于受力体的平均应力，这一现象称为 应力集中。 应力集中系数：表示应力集中程度大小的系数称 为应力集中系数。
图2.2表示一受力为P、截面积为A的无限宽板上 有椭圆孔后的应力分布情况。 平均应力σ 平均=P/A，在椭圆孔长轴两端出现应 力集中。此时，应力集中系数为：
• （5）装配、检验产生缺陷的影响 • 设备和构件在安装过程中，如果不严格执行操作规范， 就会产生不应有的安装缺陷，如构件表面的划伤、锤击坑 等。 • 在设备和构件的检验、维修中，也会造成应力集中， 从而导致开裂。 • 2.2.3 降低应力集中系数的措施： • 1. 从设计方面降低应力集中系数 • （1）变截面部位的过渡 • 应尽可能地加大过渡部分的圆角，使过渡区接近于 • 流线型，同时也要考虑到工艺性。有时可以改变过渡方式， 事实上采用椭圆过渡比圆弧过渡更好，或者采用其 他的过渡方式。
• •
3、加工制造及装配中存在的问题 加工方法不正确，技术要求不合理及操作者 失误也是引起设备过早失效的重要原因。 • 热处理不当也是常见的失效原因之一。常见 的有过热、回火不充分，加热速度过快及热处理 方法选用不合理等。热处理过程中的氧化脱碳、 变形开裂、晶粒粗大及材料的性能未达到规定要 求等时有发生。 • 酸洗及电镀时引起对材料的充氢而导致的氢 致损伤也是常见的失效形式。 • 不文明施工，不按要求安装等容易造成零件 表面损伤或导致残余应力、附加应力等，都可以 引起零件的早期失效。
• 2.3 残余应力与零件失效 • 2.3.1 残余应力和装配应力 • 1. 残余应力 • 物体在无外载荷时，存在于其内部并保持平 衡的一种应力称为内应力。 • 内应力通常分为三类： • 第一类内应力是指存在于整个物体或在较大 尺寸范围内保持平衡的应力，尺寸在0.1mm以上； • 第二类内应力是指在晶粒大小尺寸范围内保 持平衡的应力，尺寸为10-1～10-2mm；

表3 在一般工业工程中调查的失效原因的比例
起
因
材料选择不恰当 装配错误 错误的热处理 机械设计错误 未预见的操作条件 环境控制不够充分 不恰当的或缺少监测与质量控制 材料混杂
（%）
38 15 15 11 8 6 5
2
表4 航空零件失效原因的比例
起
因
保养不恰当 安装错误 设计缺陷 不正确的维修损坏 材料缺陷 未定原因
❖ 氢腐蚀(高温氢侵蚀)引起的蒸汽管道爆管事故
氢腐蚀是蒸汽管道、锅炉管与石油化工临氢高温装备中较常见的 失效模式。 这种失效模式可能没有明显的腐蚀现象，但是材料性能严重退化， 事故的隐患已经存在。在氢处理、重整、加氢裂化等装置中，温 度超过260℃，氢的分压大于689kPa，就有可能发生氢分子在钢 的表面分解为原子氢而发生腐蚀。氢腐蚀是原子氢进入钢铁材料， 并与碳化物反应生成甲烷(Fe3C+4H→3Fe+CH4)，由于甲烷的分 子尺寸大而不易扩散，会使甲烷在晶界或相界面等处聚集产生局 部高压，形成微裂纹，进而材料脆化。
❖ 催化裂化装置再生器的硝酸盐应力腐蚀失效
➢ 裂纹均从内表面开始向外表面扩展，裂纹发生部位未见明显塑 性变形，裂纹宽度较窄，向纵深发展并多数穿透壁厚；
➢ 裂纹呈树枝状，断口有典型的沿晶特征； ➢ 腐蚀产物的水溶液PH值在5～6，呈现酸性； ➢ 断口表面腐蚀产物中的氮含量均明显高于基体金属中的氮含量； ➢ 结论是NO3-引起的应力腐蚀开裂。
上海汽车锻造总厂生产的汽车钢板弹簧产生早期失效，综合 分析发现：表面存在较多较深的弹坑及局部脱碳。
应力状态：弯曲疲劳
缺陷：
➢ 降低应力集中的措施
强化材料，降低应力集中的作用
整体强化 局部强化

19
失效物理模型小结
模型 应力 -强度 应力 -时间
适用范围
偶然失效
特征
不考虑激活能 和时间效应
失效现象
失效过程短， 特性变化快， 属剧烈变化， 失效现象明显
举例
过应力开裂、EOS
缓慢退化
需考虑激活能 和时间效应
适用于缓慢退 化，失效现象 不明显
疲劳开裂、蠕变
失效物理模型比较
20
目录
1
失效分析基础
失效模式分布
晶囿 电测结果
分立器件使用过程的失效模式及分布 集成电路使用过程的失效模式及分布
数据来源 电子工业部可靠性管理办公室“八五”成果汇编 25
失效模式-按失效原因统计分布
键I的C的合封失失为 最装效效封 多体模模装最式式体多
微电子器件失效模式及分布
微波组件失效模式及分布
来萍，“50例微波器件失效分析结果汇总与分析”，固体电子学研究与进展，2005，4期 26
pmos 并接VDD，一方面可以降低Rwell和Rsub的阻值，另 一方面可阻止栽子到达BJT的基极。如果可能，可再增加 两圀ring。 Substrate contact和well contact应尽量靠近source,以降低Rwell 和Rsub的阻值。 使nmos尽量靠近GND，pmos尽量靠近VDD,保持足够的距 离在pmos 和nmos之间以降低引发SCR的可能 除在I/O处需采取防Latch up的措施外，凡接I/O的内部mos 也应圀guard ring . I/O处尽量丌使用pmos(nwell)
防御措施（被劢）： 在输入端和输出端加钳位电路，使
输入和输出丌超过丌超过觃定电压。 芯片的电源输入端加去耦电路，防
止VDD端出现瞬间的高压。 在VDD和外电源之间加限流电阻，

某产品的累积失效分布函数
累积失效分布函数是一种常用的可靠性分析方法，用于描述产品在特定时间内出现失效的可能性。

一般情况下，我们会对某一产品进行多次测试，并记录下每次测试的失效时间。

通过对这些数据进行分析，我们可以得到该产品的累积失效分布函数。

累积失效分布函数（Cumulative Distribution Function, CDF）是指在某一时间内，产品出现失效的概率。

在可靠性分析中，我们通常会使用Weibull分布、Exponential分布等概率分布函数来描述累积失效分布函数。

其中，Weibull分布通常用于描述产品的寿命分布，而Exponential分布则适用于描述产品的故障率分布。

在实际应用中，我们常常需要对产品进行寿命测试，以确定其可靠性。

寿命测试是一种通过对产品进行长时间运行来测试其失效时间和失效模式的方法。

在进行寿命测试时，我们需要对产品进行多次测试，并记录下每次测试的失效时间。

通过对这些数据进行分析，我们可以得到产品的累积失效分布函数，从而评估产品的可靠性。

除了寿命测试，我们还可以通过故障率测试来确定产品的可靠性。

故障率测试是一种通过对产品进行短时间运行来测试其故障率和故障模式的方法。

在进行故障率测试时，我们需要对产品进行多次测试，并记录下每次测试的故障率。

通过对这些数据进行分析，我们可以得到产品的故障率分布函数，从而评估产品的可靠性。

累积失效分布函数是一种常用的可靠性分析方法，可以帮助我们评估产品的可靠性。

在实际应用中，我们可以通过寿命测试或故障率测试来确定产品的可靠性，并利用累积失效分布函数来描述产品的失效概率分布。