失效分析基本常识及操作流程培训.pptx
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电子元器件 失效分析培训 PPT
航天材料及工艺研究所
四、元器件失效分析方法和程序
元器件失效分析程序 5、启封 、
目的： 目的：暴露失效元器件内部薄弱环节 内容： 内容：采用合理的方法和程序逐步分解失效元器件 技术手段：机械方法（针对金属、陶瓷、玻璃封装） 技术手段：机械方法（针对金属、陶瓷、玻璃封装） 化学方法（针对塑料封装） 化学方法（针对塑料封装） 注意事项：确认外观检查和无损检测已经充分系统， 注意事项：确认外观检查和无损检测已经充分系统，无遗漏 小心仔细， 小心仔细，切忌引入人为损伤或多余物 避免多余物遗失或位置变化 重要的或随机失效的元器件， 重要的或随机失效的元器件，解剖前应获得同意
航天材料及工艺研究所
四、元器件失效分析方法和程序
元器件失效分析程序 7、微探针测试（适用于集成电路） 、微探针测试（适用于集成电路）
目的： 目的：确定失效部位 内容：根据标准、技术条件或原理， 内容：根据标准、技术条件或原理，发现内部单元 或局部电特性的异常现象 技术手段：微探针、测微探针台、电测仪器等 技术手段：微探针、测微探针台、电测仪器等 重点： 重点：比对寻找差异 注意事项： 注意事项：与良品比对 经重复测试确认，同时， 经重复测试确认，同时，关注瞬态现象 剔除假象
航天材料及工艺研究所
三、术语和定义
1、失效性质 —— 引起失效的宏观原因 、
一般分为：误用失效、本质失效、从属失效、 一般分为：误用失效、本质失效、从属失效、重测合格 本质失效包括：批次性问题和个别（非批次） 本质失效包括：批次性问题和个别（非批次）问题两类
确定失效性质是为决策者判定失效的严重程度和 可能造成的后果而提供依据
航天材料及工艺研究所
四、元器件失效分析方法和程序
（一）失效分析方法和元器件失效分析方法标准
四、元器件失效分析方法和程序
元器件失效分析程序 5、启封 、
目的： 目的：暴露失效元器件内部薄弱环节 内容： 内容：采用合理的方法和程序逐步分解失效元器件 技术手段：机械方法（针对金属、陶瓷、玻璃封装） 技术手段：机械方法（针对金属、陶瓷、玻璃封装） 化学方法（针对塑料封装） 化学方法（针对塑料封装） 注意事项：确认外观检查和无损检测已经充分系统， 注意事项：确认外观检查和无损检测已经充分系统，无遗漏 小心仔细， 小心仔细，切忌引入人为损伤或多余物 避免多余物遗失或位置变化 重要的或随机失效的元器件， 重要的或随机失效的元器件，解剖前应获得同意
航天材料及工艺研究所
四、元器件失效分析方法和程序
元器件失效分析程序 7、微探针测试（适用于集成电路） 、微探针测试（适用于集成电路）
目的： 目的：确定失效部位 内容：根据标准、技术条件或原理， 内容：根据标准、技术条件或原理，发现内部单元 或局部电特性的异常现象 技术手段：微探针、测微探针台、电测仪器等 技术手段：微探针、测微探针台、电测仪器等 重点： 重点：比对寻找差异 注意事项： 注意事项：与良品比对 经重复测试确认，同时， 经重复测试确认，同时，关注瞬态现象 剔除假象
航天材料及工艺研究所
三、术语和定义
1、失效性质 —— 引起失效的宏观原因 、
一般分为：误用失效、本质失效、从属失效、 一般分为：误用失效、本质失效、从属失效、重测合格 本质失效包括：批次性问题和个别（非批次） 本质失效包括：批次性问题和个别（非批次）问题两类
确定失效性质是为决策者判定失效的严重程度和 可能造成的后果而提供依据
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四、元器件失效分析方法和程序
（一）失效分析方法和元器件失效分析方法标准
失效分析步骤与方法 PPT
1、摄影与光学显微术 • 本厂有0-400倍得光学显微镜与影象摄取装
置,基本上可以含盖整个分析过程需要得光 学检查
– 每个元件都需要记录一般状态得全景照片与特 殊细节得一系列照片
– 不涉及分析结果或最终结论得照片可以在报告 中不列入
拥有但不需要总比需要但没有要好
四、失效分析技术
• 光学显微镜作用
– 用来观察器件得外观及失效部位得表现形状、 分布、尺寸、组织、结构、缺陷、应力等,如观 察器件在过电应力下得各种烧毁与击穿现象,芯 片得裂缝、沾污、划伤、焊锡覆盖状况等。
例:分别用红外热像仪与液晶方法获得得失效点照片
四、失效分析技术
红外热像仪
液晶
四、失效分析技术
• 7、电子扫描(SEM)及能谱分析(EDX)
– 原理:利用阴极所发射得电子束经阳极加速,由磁 透镜聚焦后形成一束直径为几百纳米得电子束 流打到样品上激发多种信息(如二次电子,背散 射电子,俄歇电子,Ｘ射线),经收集处理,形成相应 得图象,通常使用二次电子来形成图象观察,同时 通过特征Ｘ射线可以进行化学成分得分析。
四、失效分析技术
• 高级得DE-CAP设备原理图(一般用于集成电路)
四、失效分析技术
• 6、定位技术(HOT SPOT)
– 红外热像仪,液晶探测
• 原理:将失效得芯片通电,在失效点附近会有大得漏电 通过,这部分得温度会升高,利用红外热像仪或芯片表 面涂液晶用偏振镜观察(可以找到失效点,从而可以进 一步针对失效点作分析
• 严重时失效特征很明显,芯片有明显得surge mark,甚 至会使芯片开裂,塑封体炭化等
五、器件失效机理得分析
器件失效机理得内容
– 失效模式与材料、设计、工艺得关系 – 失效模式与环境应力得关系
置,基本上可以含盖整个分析过程需要得光 学检查
– 每个元件都需要记录一般状态得全景照片与特 殊细节得一系列照片
– 不涉及分析结果或最终结论得照片可以在报告 中不列入
拥有但不需要总比需要但没有要好
四、失效分析技术
• 光学显微镜作用
– 用来观察器件得外观及失效部位得表现形状、 分布、尺寸、组织、结构、缺陷、应力等,如观 察器件在过电应力下得各种烧毁与击穿现象,芯 片得裂缝、沾污、划伤、焊锡覆盖状况等。
例:分别用红外热像仪与液晶方法获得得失效点照片
四、失效分析技术
红外热像仪
液晶
四、失效分析技术
• 7、电子扫描(SEM)及能谱分析(EDX)
– 原理:利用阴极所发射得电子束经阳极加速,由磁 透镜聚焦后形成一束直径为几百纳米得电子束 流打到样品上激发多种信息(如二次电子,背散 射电子,俄歇电子,Ｘ射线),经收集处理,形成相应 得图象,通常使用二次电子来形成图象观察,同时 通过特征Ｘ射线可以进行化学成分得分析。
四、失效分析技术
• 高级得DE-CAP设备原理图(一般用于集成电路)
四、失效分析技术
• 6、定位技术(HOT SPOT)
– 红外热像仪,液晶探测
• 原理:将失效得芯片通电,在失效点附近会有大得漏电 通过,这部分得温度会升高,利用红外热像仪或芯片表 面涂液晶用偏振镜观察(可以找到失效点,从而可以进 一步针对失效点作分析
• 严重时失效特征很明显,芯片有明显得surge mark,甚 至会使芯片开裂,塑封体炭化等
五、器件失效机理得分析
器件失效机理得内容
– 失效模式与材料、设计、工艺得关系 – 失效模式与环境应力得关系
失效分析基础课件
根据深入分析的结果， 提出针对性的改进措施 和建议，包括设计优化、 制造工艺改进、使用条 件调整等。
02
失效模式与影响分析
失效模式识别与分类
01
02
常见失效模式
失效分类
03 失效模式识别方法
失效影响评估
失效影响分析
失效后果评估
失效影响评估方法
失效模式与影响分析的实践方法
收集数据
分析失效原因
制定分析计划
对失效产品或系统进行 现场调查和检查，了解 失效的具体情况，包括 失效部位、失效形式、 失效时间等。
根据现场调查和检查的 结果，初步分析失效原 因，包括设计、制造、 使用等方面的原因。
对初步分析结果进行深 入分析，采用各种测试 手段和方法，如金相分 析、力学性能测试、化 学分析等，进一步确定 失效原因。
建立分析模型
提出改进措施
03
失效原因分析与预防措施
失效原因分析方法
故障树分析法 失效模式与影响分析法 原因分析法
常见失效原因及其应对措施
机械疲劳
磨损
腐蚀
老化
预防措施制定与实施
制定预防措施
实施预防措施 监控与评估
04
失效分析技术在产品质量改进中的应用
产品质量ห้องสมุดไป่ตู้进的重要性
提高产品竞争力
优质的产品能够满足客户需求， 提高市场占有率，为企业带来更
05
失效分析技术的发展趋势与挑战
失效分析技术的发展趋势
智能化和自动化
1
多学科交叉
2
在线监测和预测
3
失效分析面临的挑战与困难
数据获取和处理
01
失效模式识别
02
失效原因分析
失效分析基本常识以和操作流程图
7/26/2019
25
6.0 操作流程-6
上传到OA存档/供查阅
7/26/2019
26
7.0 注意事项
先了解再鉴定 先方案再操作 先无损再破坏
先了解准确、详尽的使用 信息，通常需要使用方配 合。
根据失效现象，制定方案 后再进行分析。检查分析 过程中可以修订分析方案。
失效分析的基本原则。先 确认所有无损检验完成后， 在进行半破坏和破坏分析。
提交分析报告
任务来源 分析过程
背景描述
分析结果
记录和图片 综合评审
分析实质原因 提出纠正措施
工艺
设计结构 材料
测试方法 使用条件 质量控制
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21
6.0 操作流程-1
7/26/2019
22
6.0 操作流程-2
7/26/2019
23
6.0 操作流程-3
7/26/2019
24
6.0 操作流程-4
先观察后测试
先进行外观检查再做参数 测试和功能测试。
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7.0 注意事项
先宏观再微观
先检查整体外观和功能， 再检查局部外观与功能。
先简单再复杂
先做简单的项目分析，再 进行复杂的项目分析。
先静态后动态 先恢复再分解
7/26/2019
先做空载和常温等常规测 试，再模拟使用条件测试。
先进行模拟实验，尽力恢 复失效功能或参数，再做 分层解剖检查分析。
机械应力的过程。
常见的失效机理有：
表面劣化
插芯端面磨损
材料缺陷
芯片偏心量超标
体内劣化
芯片透镜脏污
设计缺陷
镜架漏光
职业培训：失效分析知识
职业培训：失效分析知识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，它是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。
目录1.失效分析的基本概念 (1)1.1 (1).失效的分类 (2)1.2.失效的发展过程 (3)1.3.失效分析的实施步骤 (4)1.4.小结 (4)2.失效分析流程 (5)3.失效分析方法 (5)3.1.前述 (5)3.2.失效模式诊断 (6)3. 3.失效原因诊断 (8)4. 4.失效机理诊断 (8)4.各种材料失效分析检测方法 (9)4. 1.PCB/PCBA失效分析 (9)4. 2.电子元器件失效分析 (10)5. 3.金属材料失效分析 (11)5.4.高分子材料失效分析 (12)4.5.复合材料失效分析 (13)4.6.涂层/镀层失效分析 (14)1.1.分析的基本概念一般的，狭义上的失效指的是机电产品丧失功能的现象，而失效分析则是分析诊断失效的模式、原因和机理，研究采取补救预测和预防措施的技术活动和管理活动，同时，与之相关的理论、技术和方法相交叉的综合学科则称之为失效学。
1.2.1.3.失效的分类我们常说的失效从失效模式和失效机理上来说，一般按下述方法进行分类：1、断裂失效：断裂失效常分为韧性断裂和脆性断裂两类，而脆性断裂又分为低温脆性断裂、辐射脆化断裂、氢损伤（氢脆）、应力腐蚀、液态金属脆化、液体侵蚀损伤、高温应力断裂（即蠕变断裂）、疲劳断裂这几种。
2、非断裂失效：基本分为磨损失效、腐蚀失效、变形失效几种，磨损失效一般包含磨粒磨损、粘着磨损两种，腐蚀失效分为氧化腐蚀和电化学腐蚀两种，变形时效分为弹性变形和塑性变形失效两种。
3、复合失效机理，顾名思义就是多种失效机理综合作用而成导致的失效，例如低周疲劳导致的断裂即是韧性断裂和疲劳断裂两种机理复合作用而成的，再如机件受高温应力+电化学腐蚀复合作用下，会出现烧蚀热蚀的失效现象等等。
零件失效分析2失效分析基础知识PPT课件
第23页/共120页
键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂
初始裂 纹源
裂纹扩 展区
最终瞬 断区
第24页/共120页
键槽
2.2 应力集中与零件失效 ➢ 应力集中与应力集中系数 ➢ 应力集中对零件失效的影响 ➢ 降低应力集中的措施
第25页/共120页
零件的几何形状发生突变，会造成应力的重新分配， 也会造成应力集中。
第34页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素
力学性能：硬度越高，脆性越大，塑性韧性越低， 应力集中作用越强烈，裂纹扩展速率越大；
第35页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素 零件几何形状：
断裂部位
第36页/共120页
零件应力状态： 举例：
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。
含孔的矩形棒在拉应力作用下应力集中的情况
第26页/共120页
变截面过渡圆角处的应力分布
理论应力集中系数
Kt
max 平均
第27页/共120页
应力集中系数手册
典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受单向静拉伸时的Kt值
第28页/共120页
典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受静弯曲载荷时的Kt值
第55页/共120页
➢ 振动时效 (Vibration Stress Relief, VSR) ➢ 锤击、喷丸、滚压
第56页/共120页
振动等离子熔覆过程示意图
第57页/共120页
0Hz
50Hz
75Hz
100Hz
125Hz
第58页/共120页
150Hz
100Hz时，熔覆层出现罕见的分层现象
键槽应力集中导致齿轮轴疲劳断裂
初始裂 纹源
裂纹扩 展区
最终瞬 断区
第24页/共120页
键槽
2.2 应力集中与零件失效 ➢ 应力集中与应力集中系数 ➢ 应力集中对零件失效的影响 ➢ 降低应力集中的措施
第25页/共120页
零件的几何形状发生突变，会造成应力的重新分配， 也会造成应力集中。
第34页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素
力学性能：硬度越高，脆性越大，塑性韧性越低， 应力集中作用越强烈，裂纹扩展速率越大；
第35页/共120页
➢ 影响应力集中与断裂失效的因素 零件几何形状：
断裂部位
第36页/共120页
零件应力状态： 举例：
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。
含孔的矩形棒在拉应力作用下应力集中的情况
第26页/共120页
变截面过渡圆角处的应力分布
理论应力集中系数
Kt
max 平均
第27页/共120页
应力集中系数手册
典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受单向静拉伸时的Kt值
第28页/共120页
典型结构的应力集中曲线
几何突变零件承受静弯曲载荷时的Kt值
第55页/共120页
➢ 振动时效 (Vibration Stress Relief, VSR) ➢ 锤击、喷丸、滚压
第56页/共120页
振动等离子熔覆过程示意图
第57页/共120页
0Hz
50Hz
75Hz
100Hz
125Hz
第58页/共120页
150Hz
100Hz时，熔覆层出现罕见的分层现象
失效分析第一章ppt课件
失效模式是指构件失效后的外观形式，即可观 察的、可测量的失效的宏观特征。比如，脆性断 裂疲劳开裂、接触磨损等。
根据构件失效的宏观特征，失效模式应有五种：
(1) 变形(deformation )
(2) 断裂(fracture)
(3) 腐蚀 (corrosion)
(4) 磨损(wear)
(5) 衰减(attenuation): 微结构随时间、环境等因 素渐变弱化
20钢
Al2O3
橡胶
MMC
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.3.3失效分析的综合性
产品质量管理一般实行“五要素”法管理： “人、机、料、法、环”
“人、机、料、法、环、测” 但产品的失效分析更复杂，分析人员不仅 需要有材料、工艺、结构、力学、控制、 检验等专业知识，还要懂得安装、维护、 运行、环境等工程知识，同时也要熟悉生 产过程涉及的标准、规范、规程，还包括 心理学等在内的一些管理知识。
1.1.1失效问题每时每刻都在发生，遍及各行 各业
1.1.2失效会造成巨大的经济损失
2006年11月21日发射，2007年11月18日指出，该卫星太阳能帆 寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 板无法打开，一直不能正常工作。直接经济损失20亿RMB，间接 损失1000亿元以上。
应该指出：“失效”和“事故”是两个不同的概 念
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8/1/2020
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整体外观和功能， 再检查局部外观与功能。
先简单再复杂
先做简单的项目分析，再 进行复杂的项目分析。
先静态后动态 先恢复再分解
8/1/2020
先做空载和常温等常规测 试，再模拟使用条件测试。
先进行模拟实验，尽力恢 复失效功能或参数，再做 分层解剖检查分析。
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7.0 注意事项
失效样品有时是唯一的，十分宝贵。 在分析时应严格按程序进行。样品 的保管、运输、拆装、分解等过程 要注意ESD\EOS\机械应力\温湿度环 境不当损伤样品，造成新的失效， 从而无法找到原来失效的真正原因。
8/1/2020
7
2.0 研究对象和要求
2.2 失效分析层次要求
任一产品或系统的构成都是有层次的，失效原因也 具有层次性，如系统－单机－部件（组件）－零件（元 件）－材料。
上一层次的失效原因即是下一层次的失效现象。 凭我们现有资源和技术能力，结合产品特性，失效 分析对内适宜以器件为单元建立失效模式。分析机理达到零 件（如cell\IC\PCB\FUSE等）层次即可。对外则因需求而异。
失效分析基本常识 及操作流程
—— 建立失效分析管理程序
8/1/2020
1
1.0 基本概念
1.1 什么是“失效分析” 、“FA”? 失效分析：
--- 是指产品失效后，通过对产品及其结构、使用和技 术文件的系统研究，从而鉴别失效模式、确定失效机理 和失效演变的过程。 FA: --- Failure Analysis
使用不当
使用环境温度60℃
8/1/2020
5
1.0 基本概念
1.4 结合我们的产品例举常见的失效模式 和失效机理
失效模式
失效机理
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6
2.0 研究对象和要求
2.1 需要做失效分析的对象
➢ 现场使用的失效样品（客诉样品） ➢ 可靠性试验失效样品 ➢ 生产筛选失效样品（特大异常样品）
➢ ……
即失效\故障\损坏\失败分析
8/1/2020
2
1.0 基本概念
1.2 什么是“失效模式” ? --- 失效模式是指由失效机理所引起的可观察到的物理 或化学变化（如开路、短路或器件参数的变化）。
通俗讲就是失效的表现形式，失效导致的结果。 失效模式通常从技术角度可按失效机制、失效零件 类型、引起失效的工艺环节等分类。从质量管理和可靠性 工程角度可按产品使用过程分类。 按失效表象可以分为外观、结构以及功能参数失效。
3 8/1/2020
1.0 基本概念
结合行业特征，归纳常见的失效模式有：
A、外观失效
Label气泡、脏污 B、功能参数失效
……
无电压输出 IR out spec
Swelling
Charger/discharge capacity not enough
C、结构失效 超厚 … …
4 8/1/2020
……
1.0 基本概念
1.3 什么是“失效机理”? --- 失效机理是指导致器件失效的物理、化学、电和 机械应力的过程，通俗地讲就是怎么坏的。 常见的失效机理有：
表面劣化
Cell被划伤
材料缺陷
Cell来料超厚
体内劣化
cell foil分层 swelling
设计缺陷
金手指偏位
零部件损坏
Breaker 破损
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10
3.0 意义和价值
3.2 质量管理闭环系统中的重要环节。
无论是”PDCA”循环还是”6σ”理念中”DMAIC” 管理模型，缺少失效分析就不能形成闭环系统。
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11
根据改善 效果建立
标准
3.0 意义和价值
分析原因并提 出改善措施， 制定改善计划
存在的问
题进行失 效分析
6.0 操作流程-1 *这个流程还在完善
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22
6.0 操作流程-2
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6.0 操作流程-3
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6.0 操作流程-4
8/1/2020
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6.0 操作流程-6
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上传到OA存档/供查阅
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7.0 注意事项
先了解再鉴定 先方案再操作 先无损再破坏
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2.0 研究对象和要求
案例分析：
跌落后电池头 部出现凹陷
失效分析
注胶量不足
失效模式
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失效机理
9
3.0 意义和价值
3.1 为提高产品可靠性提供科学依据。
通过失效分析，得到失效模式，准确判定失效机理， 为产品可靠性设计、材料选型、工艺制造和使用维护提 供科学依据，从而提高产品可靠性。
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12
3.0 意义和价值
3.3 通过建立反馈系统，共享技术信息，推动技 术革新。
失效分析的反馈系统可与技术开发和市场部门、甚至 与国家的质量管理部门、可靠性研究中心、数据中心及数 据交换网相结合。转化为各类技术文献，减少失效发生几 率，增加经济效益。
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4.0 分析方法
形状 颜色
大小 机械结构
位置 物理特性
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5.0 主要程序
失效机理分析
参考相关标准 综合分析 还原现象 观测失效样品 实验对比
提交分析报告
任务来源 分析过程
背景描述
分析结果
记录和图片 综合评审
分析实质原因 提出纠正措施
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工艺
设计结构 材料
测试方法 使用条件 质量控制
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先了解准确、详尽的使用 信息，通常需要使用方配 合。
根据失效现象，制定方案 后再进行分析。检查分析 过程中可以修订分析方案。
失效分析的基本原则。先 确认所有无损检验完成后， 在进行半破坏和破坏分析。
先观察后测试
先进行外观检查再做参数 测试和功能测试。
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7.0 注意事项
先宏观再微观
从而总结失效机理
案例
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4.0 分析方法
4.3 破坏性分析 排除A处的因素
案例
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案例
4.0 分析方法
4.3 破坏性分析
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5.0 主要程序
失效情况调查
器件相关信息 使用信息 环境信息
失效现象
失效过程
鉴别失效模式 失效特征描述
电特性测试
外观鉴定
结构特征鉴定
4.1 非破坏性分析 4.2 半破坏性分析 4.3 破坏性分析
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4.0 分析方法
4.1 非破坏性分析
外观确 认
案例
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4.0 分析方法
4.2 半破坏性分析
确认失效机理
案例
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4.0 分析方法
4.2 半破坏性分析
修复参数，提取能够 使其参数回复的条件，