案例：焊接芯轴失效分析
焊接芯轴断裂分析
柱塞材料为27SiMn，芯轴材料为20#钢
27SiMn化学成分（质量分数）（%）
元素1.1 ~1.4
Si 1.1 ~1.4
S ≤0.035
P ≤0.035
Cr ≤0.25
Ni ≤0.30
Cu ≤0.25
保证值
20钢化学成分（质量分数）（%）
元素 C 0.17 ~0.24 Mn 0.35 ~0.65 Si 0.17 ~0.37 S P Cr Ni Cu
失效分析实例
焊接芯轴断裂失效分析
据山东蓬翔汽车有限公司相关人员人员介绍，并且，断裂失效发生在焊缝位置。送 为分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因，限于断裂后失效件的采集 件，对焊缝取样进行化学成分分析、显微组织分析、显微硬度检验、断口宏观微观观 的原因。
伸缩式套筒液压缸焊接芯轴断裂（1个月～3个月）
保证值
≤0.035
≤0.035
≤0.25
≤0.25
≤0.25
1、焊接材料（焊丝牌号最低JM-58）
CO 2气体保护焊焊接时，由于焊接气体具有很高的氧化性，在焊丝中 必须加入较高的硅和锰等脱氧元素。JM-58焊丝除具有硅和锰等适量合金 元素外，还添加了Ti元素，由于Ti元素的添加可以使焊丝的球状熔滴细化， 具有稳定电弧的功效，而Ti还有使焊道晶粒细化的作用，能增强焊道的强 度及冲击值。
2、焊接参数
焊接时线能量不易过高，否则将使热影响区过宽，粗晶区扩大，在 成焊接接头韧性下降。Φ1.2焊丝JM-58，焊接时适宜的焊接参数为 I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min
同时采用短路过渡焊接，减少合金元素的烧损，以保证焊接接头的 综合机械性能。
断裂原因综合分析： 1. 结构设计 2. 选材（两种基体和焊材）分析 3. 焊接缺陷
焊接心轴失效分析1
熔敷金属化学成分 Si 0.57 Mn 1.26 Ti 其它
JM-58 ER50-G YGW11
适量
前景资料
利用GP1000光谱分析仪器对送检的完整焊缝及两边母材进行化学成分 分析，测试结果见下表
送检样品焊缝及母材的化学成分测定结果
试样 20#钢 27SiMn 焊缝
C 0.478 0.0304 0.207
宏观分析
通过宏观照片，根据图A有明显贝纹线，且疲劳纹对应的圆心在表面 处，我们可以推断出该失效为疲劳失效，且是低周疲劳；但是根据照片， 疲劳纹的圆心不是很亮，而是比较暗，不符合疲劳源的特征，而且没有 对侧的具体照片情况，所以需要进一步观察和了解。 母材成分方面，27SiMn和20#含碳量都不符合标准要求，材质不合 格，且选择的母材性能相差太大，虽然焊材选择符合要求，但是焊接条 件还是比较苛刻，根据27SiMn材质需要预热、保持层间温度、缓冷后热 等措施，实际施工难度还是比较大的。 焊接工艺没有资料，仅就其焊接质量来说，整圈未焊透是比较严重 的焊接缺陷，使其受力面积大大减小，且应力集中情况更加严重
前景资料
焊接采用Φ1.2焊丝JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A， U=28~32V，Q=15~20I/min。 JM-58焊丝的详细信息：
相当规格 产品名 称 规格 GB 牌号 AWS ER70S1.0-1.6 G
熔敷金属力学性能之一 屈服强 抗拉强 延伸率% 冲击值℃ 度 度 490 580 29 120(-20) C 0.1
试验项目 一般值 σb（MPa） 370-520 σs（MPa） 215 A（%） 27 Z 24
前景资料
套筒与芯轴的焊接结构如图所示：
图3 芯轴套筒焊接结构ห้องสมุดไป่ตู้式剖面图
焊接工艺中的焊接接头失效与破坏机制分析
焊接工艺中的焊接接头失效与破坏机制分析焊接是一种常用的金属连接方法，在工业生产中得到广泛应用。
然而，焊接接头在使用过程中可能出现失效和破坏的情况，这对于焊接工艺的优化和质量控制具有重要意义。
本文将对焊接接头失效和破坏的机制进行分析，以期为焊接工艺改进提供参考。
一、焊接接头失效机制1. 焊接接头的力学失效焊接接头在受力过程中可能发生力学失效，主要包括断裂和变形两种情况。
断裂失效是指焊接接头在受到过大的外力作用下发生断裂。
焊接接头的断裂通常发生在焊缝或焊接处，其破坏机制主要有拉断、剪切和撕裂等。
断裂的原因可能是焊接接头的设计不合理、焊缝质量不达标或焊接材料的强度不足等。
变形失效是指焊接接头在受到外力作用后发生形状改变，影响其正常工作。
焊接接头的变形通常表现为弯曲、扭曲或塑性变形等。
变形失效的原因主要是焊接接头的结构设计不合理、焊接时产生了过大的应力或焊接材料的塑性变形能力不足等。
2. 焊接接头的热失效焊接接头在焊接过程中会受到高温热源的作用，可能导致热失效的发生。
热裂纹是一种常见的焊接接头热失效形式，其主要原因是焊接接头在焊接过程中受到了热应力的影响，导致金属发生裂纹。
热裂纹可以分为固溶相裂纹、热影响区裂纹和焊缝内裂纹等多种类型。
焊接接头还可能发生热变形失效，即焊接接头在焊接过程中受到了热膨胀的影响，导致形状改变。
热变形失效通常是由于焊接接头受热后温度分布不均匀或受到了约束等原因引起的。
二、焊接接头破坏机制1. 焊缝破坏焊缝是焊接接头中最容易出现破坏的部位之一。
焊缝的破坏机制包括断裂、变形和裂纹等。
断裂是指焊缝在受到外力作用下发生破裂。
焊缝的断裂主要取决于焊缝的设计、焊缝的质量以及焊接材料的性能。
如果焊缝的尺寸设计不合理、焊缝的质量不过关或焊接材料的强度不够，都可能导致焊缝的断裂。
变形是指焊缝在受到外力作用后发生形状改变。
焊缝的变形主要与焊接接头的受力情况、焊接材料的性能以及焊接工艺的参数有关。
当焊接接头受到过大的力作用或焊接材料的塑性变形能力不足时，焊缝容易出现变形现象。
轴的失效形式和原因分析
轴的失效形式和原因分析轴的失效形式与特征轴是各种机械中最为普通⽽不可缺少的重要零件，根据使⽤条件的差异，轴有很⼤不同的类型，按其功能和所受载荷的不同，⼀般可分为⼼轴、转轴和传动轴三类。
⼼轴主要承受弯矩⽽不承受扭矩，它只能旋转零件起⽀撑作⽤，并不传递动⼒。
传动轴主要承受扭矩，其基本功能只传输动⼒，⽽转轴既承受弯矩⼜承受扭矩，它兼有⽀撑与传输动⼒的双倍功能。
由于各类轴⾃⾝的材质、结构和承载条件不同、运⾏环境和使⽤操作的差异可能发⽣各种不同类型的失效时有发⽣，失效的形式和特征也各异。
⼀.疲劳断裂疲劳断裂是指轴在交变应⼒的作⽤下，经过多次反复后发⽣的突然断裂。
是轴类零件在其服役过程中主要的失效形式。
轴在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，反映在宏观形态上属于脆性断裂。
断⼝形貌有其本⾝的特征，在宏观形貌上可分为三个区域：图1 疲劳断裂⽰意图1）疲劳源区：通常是指断⼝上的放射源的中⼼点，源区表⾯细密光滑，多发⽣于轴的表⾯。
由于表⾯常存在缺⼝、⼑痕、沟槽等缺陷，导致应⼒集中，从⽽诱发疲劳裂纹。
疲劳断⼝上可能只有⼀个疲劳裂纹源，也可能出现⼏个裂源。
疲劳源区有时存在疲劳台阶，这是由于不同⾼度的多源疲劳裂纹在其扩展过程中连接形成的。
2）疲劳扩展区：是断⼝上最重要的特征区域，海滩花样（贝壳花样、疲劳弧线、疲劳条带）的存在是鉴别疲劳断裂的宏观依据。
有时必须借住⾼倍的电⼦显微镜才能观察到疲劳条带。
根据弧线数量和间距可以略微地判断零件所承受交变应⼒幅值，弧线规律分布表⽰交变载荷是平稳的。
承受应⼒状态、⼯作环境以及材料性质的不同，疲劳裂纹扩展的形貌所异。
每条疲劳条带表⽰载荷的⼀次循环，条带间距离与外加载荷的应⼒幅值有关。
当交变载荷变化不⼤、零件内的残余应⼒很⼩时，往往不出现弧线或不明显，所以不是所以疲劳断⼝有存在疲劳条带，低周疲劳断⼝有时可呈现韧窝状，有时也可出现轮胎花样（图2），所以疲劳条带并不是疲劳断裂的唯⼀显微特征。
⾼频疲劳断⼝或腐蚀疲劳断⼝上的疲劳条带⽐较模糊，较难判断。
常见轴承失效案例分析
润滑不良可能是由于润滑油选用不当、润滑油量不足、润滑油污染或润滑系统故障等原因造成的。当轴承缺乏良好的润滑时，金属与金属之间的直接接触会增加，导致摩擦和磨损迅速增加，进而引起轴承过热、运转困难或噪声等问题。
润滑不良导致的轴承失效
水分和杂质的侵入
水分和杂质侵入轴承会导致轴承生锈、运转不灵活和噪声等问题，严重影响轴承的使用寿命。
详细描述Βιβλιοθήκη 轴承材料的疲劳失效VS
磨损失效是指轴承在运转过程中，由于摩擦磨损导致材料逐渐损失的现象。
详细描述
磨损失效通常是由于润滑不良、异物进入、材料硬度过大或表面粗糙度不均匀等原因引起的。随着材料损失的增加，轴承的精度和性能会逐渐降低，最终可能导致轴承失效。为了减少磨损失效，需要定期维护和更换润滑油，保持轴承周围环境的清洁度，并选择合适的材料和表面处理技术。
总结词
轴承材料的磨损失效
总结词
腐蚀失效是指轴承材料受到化学腐蚀或电化学腐蚀而导致的性能下降或损坏的现象。
详细描述
腐蚀失效通常是由于轴承周围环境中的腐蚀性介质、潮湿空气、盐雾或酸碱溶液等引起的。腐蚀会导致轴承材料表面出现坑蚀、斑点或裂纹，严重时甚至可使轴承完全失效。为了防止腐蚀失效，需要选择耐腐蚀的材料和表面处理技术，同时保持轴承周围环境的干燥和清洁度，定期进行防锈处理和维护。
轴承结构的热设计不当
详细描述
总结词
总结词
轴承结构的刚度不足会影响其稳定性和使用寿命。
详细描述
轴承结构的刚度不足会导致轴承在运转过程中发生变形，影响其旋转精度和稳定性，从而降低其使用寿命。同时，刚度不足还可能导致轴承内部间隙增大，增加摩擦和磨损。
轴承结构的刚度不足
04
轴承使用环境失效案例
焊点失效分析技术与案例-经典
1.0 PCBA焊点可靠性的位置与作用
电子电 器核心
PCBA (Printed Circuit Board Assembly 印制电路组件 )
焊 点 可 靠 性
互连可靠性 （压 其接 它绑 ）定
PCB 可 靠 性
可元 靠器 性件
1.1 导致PCBA互连失效的主要的环境原因
Source: U.S. Air Force Avionics Integrity Program
镍镀层的组成EDX分析（P含量偏低）
4.1 MP3主板焊点脱落原因分析(7)
Au Ni Cu LAMINATE
ENIG Finish Pad 结构示意图
分 析 结 论
PCB焊盘金镀层和镍镀层结构不够致密，表面存在裂缝，空气中的水份容 易进入以及浸金工艺中的酸液容易残留在镍镀层中；同时镍镀层磷含量 偏低，导致了镀层耐酸腐蚀性能差，容易发生氧化腐蚀变色，出现 “黑 焊盘”现象，使镀层可焊性变差。通常作为可焊性保护性涂覆层的金镀 层在焊接时会完全溶融到焊料中，而镍镀层由于可焊性差不能与焊料形 成良好的金属间化合物，最终导致元器件因焊点强度不足而容易从PCB板 面脱落。
1.2 PCBA焊点的主要失效模式
主要失效模式
假 焊 虚 焊
机 械 强 度 低
疲 劳 寿 命 低
腐 蚀
其 他
1.3 PCBA焊点形成过程与影响因素
焊点形成的基本过程 润湿
扩散 冶金化
最关键步骤，影响因素：PCB、 元器件、焊料、焊剂设备、 工艺参数
焊接温度、焊接时间、冷却时间
焊接温度、焊接时间
1.3.1 焊点形成的关键－润湿过程分析
FA－Case1: MP3主板焊点脱落原因分析 FA－Case2：FPC焊盘失效分析（1853） FA－Case3：CMOS/CS 焊点开路失效分析（1773）
案例：焊接芯轴失效分析
案例：焊接芯轴失效分析汽车套筒/芯轴焊缝断口分析补充材料某公司送来断裂失效芯轴样品，据该公司相关人员介绍断裂失效发生在焊缝位置。
送检断裂芯轴样品宏观形貌如图1和图2所示。
要求分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因。
限于断裂后失效件的采集受限，厂方仅送检一半失效件(芯轴);另外从已焊接完成而未断的实际产品上线切割制取了含完整焊缝的试样，如图3所示。
BA图1 送检样品宏观形貌AB图2 送检样品图1中的局部放大1(a)焊缝正面 (b)含完整焊缝试样的侧面图3 含完整焊缝的试样1. 送检焊缝套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。
表1 27SiMn钢的化学成分(质量分数)(%)试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu0.24 1.1 1.1 ??保证值 ?0.25 ?0.30 ?0.25 ~0.32 ~1.4 ~1.4 0.035 0.035表2 27SiMn钢的力学性能试验项目σ(MPa) σ(MPa) A(%) Z bs一般值 980 835 40 12表3 20#钢化学成分(质量分数)(%)试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu0.17 0.35 0.17 ??保证值 ?0.25 ?0.25 ?0.25 ~0.24 ~0.65 ~0.37 0.035 0.035表4 20#钢的力学性能试验项目σ(MPa) σ(MPa) A(%) Z bs一般值 370-520 215 27 24 套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。
焊接采用Φ1.2焊丝2JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min。
图3 芯轴套筒焊接结构形式剖面图2. 试样制备及检测方法从送检的断裂失效件和厂家送检的完整焊缝上分别截取断口、金相试样、硬度试样和化学成分试样分别进行分析。
断裂面经丙酮超声波清洗后，采用JXA-8800R 型型电子探针对断口形貌进行观察。
浅析焊接结构的失效分析
浅析焊接结构失效分析摘要：焊接结构的失效除了与焊接工艺有关外，还与选材和设计有重要关系。
通过失效分析发现和认识在选材、设计和施工等方面的问题，减少因脆断、疲劳、应力腐蚀、磨损等失效造成的损失。
提高焊接结构产品质量是促进焊接技术发展和质量控制的重要环节。
关键词：焊接结构；失效分析程序；失效分析内容焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使焊接达到结合的一种加工工艺．焊接不仅可以用于金属材料．而且可以实现某些非金属材料的永久性连接，如玻璃焊接、陶瓷焊接、塑料焊接等．随着科学技术不断进步，焊接技术作为20世纪初科学技术，在近几十年来得到了迅速发展和传播。
在工业生产中多用于金属材料的连接而焊接结构失效问题也随之摆在人们面前，引起人们的广泛关注。
焊接结构的失效一是凭经验和力学性能实验不合格而报废的焊件；二是工作中发现焊缝不能继续执行其设计功能和性能的焊件。
焊接结构的失效可能由断裂、磨损、腐蚀或变形引起。
研究焊接失效并加以分析，目的在于找出失效的原因，制定预防此类失效发生的方案。
1失效分析程序失效分析的第一步工作是搜集和编制有关失效焊件及其制备工作的尽可能完整的历史资料，尽可能地获得历史资料对成功做出失效的正确结论起很大的作用。
搜集资料的顺序没有固定的规律可循，重要的一点是在当事人对事件的记忆犹新的时候，尽可能迅速地得到有关失效情况的所有口头报告和相关物证。
I．1调查研究确定失效是在何时何地怎样发生的，包括所有有关操作者，了解焊接结构失效后是如何处理的，是否受到保护，断口是否做过处理，失效是否涉及到高温加热而导致焊缝和基体金属显微组织的变化。
残骸碎片的相对位置，部件的畸变和损伤情况，绘制草图或拍照。
了解工作历史，即负载、环境气氛的性质和工作时间的长短，是否遇到过事故，是否出现过其他类似的失效。
搜集失效部件的背景资料，取得焊接接头的设计图纸及工作应力计算和工作寿命估计的资料。
弄清规定的和实际采用的基体金属及焊条金属，如果可能的话，还要取得基体金属的实际化学成分、热处理方法和机械性能以及焊条金属的实际化学成分。
某芯片焊接虚焊失效分析
某芯片焊接虚焊失效分析一、引言芯片焊接是指将芯片与PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）进行连接，实现芯片与其他电子器件的通信与控制。
虚焊是一种焊接缺陷，指的是焊盘与芯片引脚之间的连接不牢固，导致电信号传输中存在异常。
本文将对芯片焊接虚焊失效进行分析，探讨其原因和可能的解决方法。
二、虚焊失效的原因1.温度控制不当：焊接过程中，温度是关键因素之一、若温度过高或过低，可能导致焊盘和芯片引脚之间的熔点不匹配，无法形成牢固的焊接连接。
2.焊接工艺不当：焊接时，焊料的品质和质量控制也是非常重要的。
若焊料选择不合适、使用不当，可能导致焊接不良，引发虚焊失效。
3.材料问题：芯片引脚和焊盘的材料选择也可能导致虚焊失效。
若材料的热胀冷缩系数不匹配，温度变化会引起焊接接触不良。
4.设计问题：焊盘和芯片引脚设计不合理或不匹配也可能导致焊接失效。
若焊盘设计过小或与芯片引脚间距不合理，会影响焊接质量。
三、虚焊失效的影响虚焊失效可能导致以下问题：1.电信号传输异常：焊接不牢固导致芯片与PCB之间的电信号传输可能出现异常，导致电子设备无法正常工作。
2.长期不稳定性：虚焊失效可能会导致电子设备在长期使用中出现不稳定的情况，例如突然断电、芯片失去响应等。
3.芯片损坏：虚焊失效会导致芯片与PCB之间的电气连接不良，可能引起电流过大、电压异常等情况，最终导致芯片损坏。
四、虚焊失效的解决方法1.温度控制：在焊接过程中，应确保温度控制在合适范围内，避免温度过高或过低。
可以通过调整焊接设备的参数或使用恰当的焊接工具和材料来实现。
2.焊接工艺改进：改进焊接工艺，确保焊料的品质和质量。
可在焊接前进行焊料试验，选择合适的焊料，并确保正常使用。
3.材料选择：选择与芯片引脚和焊盘热膨胀系数相匹配的材料，以减少由于温度变化引起的焊接失效。
4.设计优化：对焊盘和芯片引脚的设计进行优化，确保焊盘大小和间距合理，以提高焊接质量。
五、结论通过以上分析，可以得出芯片焊接虚焊失效的主要原因是温度控制不当、焊接工艺不当、材料问题和设计问题等。
焊接芯轴断裂失效分析
焊接芯轴断裂失效分析焊接芯轴断裂失效分析指的是对焊接芯轴断裂失效原因进行深入分析的过程。
焊接芯轴断裂失效是指在使用过程中，焊接芯轴发生断裂现象，导致设备无法正常运行。
下面是对焊接芯轴断裂失效分析的详细解析，总计超过1200字。
1.引言焊接芯轴是一种常见的机械连接部件，多用于工程设备中。
当焊接芯轴发生断裂失效时，会导致设备停机，给生产和运营带来严重影响。
因此，对焊接芯轴断裂失效进行深入分析，找出失效原因并提出相应的解决方案，对设备的正常运行具有重要意义。
2.失效分析方法对焊接芯轴断裂失效进行分析时，可采用以下方法：-失效体观察：通过对失效部件的观察和检测，了解失效表面的特征，如断口形貌、裂纹起源等。
-材料分析：通过对焊接芯轴的原材料进行化学组成和物理性能的测试，确定原材料的质量是否满足要求。
-失效部件的断口分析：通过对焊接芯轴断口进行金相分析和断口区微观组织的观察，了解断口特点、裂纹扩展形式等。
-应力分析：通过对焊接芯轴受力分析，确定其工作状态下的受力情况，如静态载荷、动载荷、冲击载荷等。
-焊接工艺分析：通过对焊接工艺参数的检测和分析，判断焊接工艺是否合理，是否存在焊接缺陷。
3.失效原因-材料质量问题：焊接芯轴的原材料质量不达标，造成焊接芯轴严重缺陷，容易导致断裂失效。
-加工工艺不当：在加工过程中，焊接芯轴可能受到过大的冲击或拉伸等力，导致应力集中，使焊点容易出现裂纹。
-设计不合理：焊接芯轴的设计不合理，不能满足工作条件下的强度要求，使焊接芯轴容易断裂。
-维护保养不当：焊接芯轴在使用过程中，缺乏及时的保养和维护，可能导致其表面生锈、磨损等问题，从而降低其使用寿命。
4.问题分析对于焊接芯轴断裂失效的分析，应从以下几个方面进行问题分析：-失效形式：通过对焊接芯轴的断口形貌和裂纹特征进行观察和分析，确定断裂失效的形式，如断裂方式、裂纹形态等。
-断口特征：通过断口的金相观察和显微组织分析，确定焊接芯轴断裂的原因，如材料的强度、韧性等是否满足要求。
焊件失效分析
首先要了解构件的设计依据，参数和图纸；其次是了解构件的制造和 加工工艺；然后了解构件的物理性质、力学性能和化学成分分析的检验报告； 最后还要了解构件的安装情况和试车情况等。 其次要了解构件的服役历史： (1) 查阅操作人员的工作记录； (2) 构件的实际运行情况； (3) 构件所处的环境条件。
可是，实际上是很难知道构件的全部服役历史的。这时必须从零星的 使用情况分析构件服役时的负载变化，尽量从使用条件中得出一些分析依据。
1
焊件失效分析的概念﹑目的和意义
五、断口分析
（一）断口分析的重要性 在断口上真实地记录了产生裂纹的原因，外部因素对裂纹萌生的影
响及材料本身的缺陷对裂纹萌生的促进作用；同时也记录着裂纹发展的
途径、发展过程及内外因素对裂纹扩展的影响。简言之，断口上记录着 与断裂有关的各种信息，这些信息是可以分析的，通过断口分析就可以 找出断裂的原因及影响因素。因此，断口分析在断裂失效分析中占据着 特殊重要的位置。可以说断口分析是断裂失效分析的核心，同时又是断 裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走弯路。
焊接结构的失效分析
s
对于无限宽板，有
K IC s acr
若通过实验已知材料的KIC值，可得
1 K IC acr 2 a s
2
弹塑性力学
（2）
c
判据
KIC判据是在线弹性条件下成立的，属于线弹性断裂力学 的范畴。当有屈服现象时，必须对KIC进行修正。而当大 屈服或全面屈服时，KIC将失效。这时，属于塑性断裂力 学范畴，而引进该判据（即临界裂纹张开位移COD）。 COD理论是利用裂纹尖端在外力作用下张开位移的大小 作为力学量和材料韧性来处理问题。用位移量来解决弹 塑性问题较应力梁的优势在位移在塑性变形时比应力敏 感。塑性变形时，材料的变形大而应力的变化小，变形 随材料的δ 增大而增大。
只有当外力超过临界值时，或裂纹长 度达到临界尺寸时，裂纹才能自动迅 速扩展，其速度接近声速；当裂纹扩 展后a值变大，临界应力下降，断裂 可加速发展。
( 2 ）应力强度方法由于格里菲斯能量理 论适用范围的限制，欧文（ Irwin ）提出 了应力强度方法，对线弹性断裂力学做出 了重要推进。 首先，他根据线弹性理论指出，在裂纹尖 端附近的应力应该取下列形式坏，这显然 与实际情况不符，这意味着，不能再用应 力大小来判断裂纹是否扩展，破坏是否发 生；第二应力与参量K成正比，K是裂纹 尖端弹性应力场强弱的参量，被称为裂纹 尖端应力场强度因子，简称为应力强度因 子。应力强度因子的通式可表示为
a f 式中， w
是无量纲参数，它取决于试 样的几何因素、裂纹形状和加载方式，称 为几何形状因子。具有中心穿透裂纹的宽 平板的应力强度因子表达式为
应力强度法
（1）KIC判据（与材料性质有关的常数） K Ic临界应力强度或临界能量G Ic 都可以称为材料的断 裂韧度。由于通过弹应力分析就能确定不同儿何形状的 K 因子值，这就使得应力强度方法在解决断裂问题上非 常得对于某种材料来说，KIC参量是个与裂纹几何特征类 型、构件形状、载荷类型、裂纹长度等因素无关的参数。 实践证明：在一定温度下， 只要材料厚度超过一定值， KIC就是材料常数。
失效分析经典案例--BGA焊接不良
DFR-01
一、样品描述
所送检的PCBA样品经电性能测试发现其BGA部位可能有焊接不良（怀疑虚焊）存在，现需分析该问题是该PCBA在SMT制程中造成或是PCB 的（即上锡不良）原因。
委托单位提供了一件PCBA样品与所用的3件PCB 样品。
二、分析过程
1、显微分析
将PCBA上的BGA部分切下，用环氧树脂镶嵌、刨磨、抛光、腐蚀制作BGA焊点的金相剖面或截面，然后用Nikon OPTIPHOT金相显微镜与LEICA MZ6立体显微镜进行观察分析，发现在第一排的第四焊点存在缺陷，锡球与焊盘间有明显的分离现象（图1），其他焊点未检查到类似情况。
图1 BGA焊点（第一排第4个）切片截面显微镜照片（1）
2、PCB焊盘的可焊性分析
图2 BGA焊点缺陷部位放大的显微镜照片（2）
图3 PCB上的BGA焊接部位的润湿不良的焊盘（1）
图4 PCB上的润湿不良的焊盘（2）3、PCB表面状态分析
4、SEM以及EDX分析
图6 不良焊点截面的外观SEM分析照片。
图7 SEM照片中A部位的化学（元素）组成分析结果
图8 SEM照片中B部位的化学（元素）组成分析结果
图9 图5中不良焊盘的表面的化学（元素）组成分析结果
5、焊锡膏的润湿性分析
三、结论
经过以上分析，可以得出这样的结论：
1、送PCBA样品的BGA部位的第一排第4焊点存在不良缺陷，锡球焊点与
焊盘间有明显开路。
2、造成开路的原因为：该PCB的焊盘润湿性（可焊性）不良，焊盘表
面存在不明有机物，该有机物绝缘且阻焊，使BGA焊料球无法与焊盘在焊接时形成金属化层。
失效分析典型案例--焊点质量
小结
引起元件脱落的可能原因 1、焊盘被污染 2、金层质量（污染、太厚/太薄及晶粒粗大） 3、镍层质量（镍腐蚀、P含量：7~11%） 4、IMC太厚/太薄（1~3μm） 5、富P层太厚
案例3.插件孔焊接后吹孔失效分析
NG样品和光板插件孔均发现明显孔破现象，此类现象的存在，在生产及 储存过程中容易储存湿气，在后期焊接中，孔破处存储的湿气在高温下 易膨胀而产生一定气压，往外将孔中灌入的焊锡吹出，形成“吹孔”； 光板孔壁还发现部分铜瘤位置存在铜层褶皱现象，其间隙易存储湿气， 且会降低铜层的连续性和厚度均匀性，大大降低铜层的抗拉伸性能，在 后续焊接高温下，由于板材Z轴方向的膨胀，这些铜层褶皱位置很容易 出现开裂形成孔破，进而诱发“吹孔”现象的产生。
u ASn A Sn A
u A Nui u A uNi u ANi u uNi A uMCu NAi u Nui A Nui u A uNi u ANiu uNi A u u NAi u Nui A Nu i u A u Niu A u u A u
u
u
u
u nI u
u
u
u
u
u
u
u
uNi Ni u
NAi u
小结
引起焊接不良的可能原因 1、焊盘被污染 2、焊盘氧化严重 3、锡层太薄
案例2.元件脱落失效分析
通过表面形貌观察，焊盘发现严重镍腐蚀，进一步通过切片观察发 现存在较多贯穿镍层镍腐蚀和IMC不连续的现象。
通过表面形貌观察光板金面良好，剥金后发现 镍面存在严重镍腐蚀，大量存在细密镍腐蚀。 从沉金后的外观仍然给人良好的假象。当这种 焊盘进行焊接时，作为可焊性保护层的金迅速 溶解到焊料中去，而被腐蚀氧化了的镍则不能 与熔融焊料形成良好的IMC层，导致可焊性及焊 点可靠性严重下降。
(整理)半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨.
半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨半导体器件芯片焊接失效模式分析与解决探讨芯片到封装体的焊接(粘贴)方法很多，可概括为金属合金焊接法(或称为低熔点焊接法)和树脂粘贴两大类。
它们连接芯片的机理大不相同，必须根据器件的种类和要求进行合理选择。
要获得理想的连接质量，还需要有针对性地分析各种焊接(粘贴)方法机理和特点，分析影响其可靠性的诸多因素，并在工艺中不断地加以改进。
本文对两大类半导体器件焊接(粘贴)方法的机理进行了简单阐述，对几种常用方法的特点和适用性进行了比较，并讨论了在半导体器件中应用最为广泛的金-硅合金焊接失效模式及其解决办法。
1、芯片焊接(粘贴)方法及机理芯片的焊接是指半导体芯片与载体(封装壳体或基片)形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。
焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。
其方法可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。
树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属(如金或银)形成电和热的良导体。
粘合剂大多采用环氧树脂。
环氧树脂是稳定的线性聚合物，在加入固化剂后，环氧基打开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状结构而固化成热固性塑料。
其过程由液体或粘稠液→凝胶化→固体。
固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。
而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。
掺银环氧粘贴法是当前最流行的芯片粘贴方法之一，它所需的固化温度低，这可以避免热应力，但有银迁移的缺点。
近年来应用于中小功率晶体管的金导电胶优于银导电胶。
非导电性填料包括氧化铝、氧化铍和氧化镁，可以用来改善热导率。
树脂粘贴法因其操作过程中载体不须加热，设备简单，易于实现工艺自动化操作且经济实惠而得到广泛应用，尤其在集成电路和小功率器件中应用更为广泛。
树脂粘贴的器件热阻和电阻都很高。
树脂在高温下容易分解，有可能发生填料的析出，在粘贴面上只留下一层树脂使该处电阻增大。
因此它不适于要求在高温下工作或需低粘贴电阻的器件。
焊接结构疲劳与失效
下图是几种设计方案的正误比较。
焊缝
推荐
力求避免
大型输油管道，原来设计(下图a)是采用平钢板卷圆， 焊纵缝形成圆筒节，然后圆筒节再对接，焊环缝形成管 道。这样制造工序多，使用工装多而且复杂，效率低。 现改设计成螺旋管(下图b)，用卷钢在生产流水线上一 边卷成螺旋管的形状，一边用co2气体保护焊焊接内外螺 旋状焊缝，然后按需要切成不同长度的管道。这种生产 方式效率很高。
图c：正面搭接焊缝的焊脚尺寸为1：2，其疲劳强度达 到母材的49%； 图e：搭接接头焊缝的焊脚尺寸为1：3.8，并经机械加 工使焊缝向母材平滑过渡，但成本太高，不肯采用。
2、焊接残余应力的影响； （1）构件内有拉应力时，其疲劳强度下降； 拉应力与载荷应力相叠加使应力循环提高， 故疲劳强度下降。 （2）构件内有压应力时，其疲劳强度提高；
图3-9 加载速度对σs的影响 韧—脆转变温度与应变速率的关系
（3）应力状态的影响
物体受外力时，主平面上作用有σmax，与主 平面成45°平面上作用有τmax。 若τmax未达到屈服点，σmax先达到σb则发 生脆断； 一般材料处于单轴或双轴拉伸应力下，可呈塑 性状态；
若材料处于三轴拉伸应力下，不易出现塑性而 呈脆性状态。
（5）相同的缺陷位于应力集中区的影响大于均匀 应力区； （6）同样尺寸的缺陷对不同材料焊接结构的疲劳 强度影响不同；(例强度高低) （7） 在相同的应力循环下，应力集中区的裂纹 扩展大于均匀应力场。
三、提高焊接结构疲劳强度的措施
一般采取以下措施： 1、降低应力集中 （1）采用合理的结构形式 1免三向焊缝空间交汇； 5）避免永久性垫板。
焊接结构生产过程的两类应变时效： 1）应变时效脆化：（剪切、冷矫正、弯曲） 产生塑性变形 经150∽450℃加热引起应变时 效，导致脆性化。（加热前塑性变形） 2）热应变脆化：［刻槽（近缝区）、焊接缺 陷］，经150∽450℃加热产生焊接应力－应变集 中，导致较大塑性变形，引起的应变时效。（加 热后由应力导致塑性变形） 以上焊后经550∽650℃热处理，可消除两类应 变时效并恢复其韧性，同时可消除焊接应力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汽车套筒/芯轴焊缝断口分析补充材料
某公司送来断裂失效芯轴样品，据该公司相关人员介绍断裂失效发生在焊缝位置。
送检断裂芯轴样品宏观形貌如图1和图2所示。
要求分析套筒与芯轴焊缝在使用过程中发生断裂的原因。
限于断裂后失效件的采集受限，厂方仅送检一半失效件（芯轴）；另外从已焊接完成而未断的实际产品上线切割制取了含完整焊缝的试样，如图3所示。
图1 送检样品宏观形貌
图2 送检样品图1中的局部放大
A
B
A
B
（a）焊缝正面（b）含完整焊缝试样的侧面
图3 含完整焊缝的试样
1. 送检焊缝
套筒材料为27SiMn钢，芯轴材料为20#钢，其化学成分以及力学性能由该公司提供，具体数值见下表。
表1 27SiMn钢的化学成分（质量分数）（%）
试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu
保证值
0.24
~0.32
1.1
~1.4
1.1
~1.4
≤
0.035
≤
0.035
≤0.25 ≤0.30 ≤0.25
表2 27SiMn钢的力学性能
试验项目σb（MPa）σs（MPa）A（%）Z
一般值980 835 40 12
表3 20#钢化学成分（质量分数）（%）
试验项目 C Mn Si S P Cr Ni Cu
保证值
0.17
~0.24
0.35
~0.65
0.17
~0.37
≤
0.035
≤
0.035
≤0.25 ≤0.25 ≤0.25
表4 20#钢的力学性能
试验项目σb（MPa）σs（MPa）A（%）Z
一般值370-520 215 27 24 套筒与芯轴的焊接结构如图所示，坡口形式见图。
焊接采用Φ1.2焊丝
JM-58，焊接时适宜的焊接参数为I=235~300A，U=28~32V，Q=15~20I/min。
图3 芯轴套筒焊接结构形式剖面图
2. 试样制备及检测方法
从送检的断裂失效件和厂家送检的完整焊缝上分别截取断口、金相试样、硬度试样和化学成分试样分别进行分析。
断裂面经丙酮超声波清洗后，采用JXA-8800R型型电子探针对断口形貌进行观察。
金相试样制备是在金相砂纸上磨至2000#，然后抛光，洗净后用4%硝酸酒精溶液浸蚀，在VHX-600K型超景深三维显微系统下进行组织和宏观断口形貌观察。
采用HVS-10ZC型硬度计对送检样品进行硬度测试。
采用GP1000光谱分析仪器对送检的原材料进行化学成分分析。
3. 初步化学成分分析
利用GP1000光谱分析仪器对送检的完整焊缝及两边母材进行化学成分分
析，测试结果见表5。
表5 送检样品焊缝及母材的化学成分测定结果
试样 C Si Mn P S Cr Ni Cu
20#钢0.478 0.238 0.72 0.016 0.013 0.064 <0.001 0.005 27SiMn0.0304 1.146 1.337 0.013 0.011 0.095 0.02 0.108 焊缝0.207 0.647 1.113 0.015 0.011 0.065 0.002 0.065
断裂失效分析的分析思路:在分析之前应该尽可能得到关于心轴断裂的背景资料，比如材料成分及性能的保证值、焊接结构及工艺、失效部位的宏观形貌等。
然后对心轴断口形貌、两种基体及焊材材质成分、焊接结构、断口金相、硬度进行分析研究，寻找心轴断裂的原因。
收集背景资料时应遵循如下原则：实用性；内容上要尽可能丰富；新信息、新动向；既要科学性、客观性，又要有典型性、代表性。