3失效分析经典案例-设计缺陷案例
最新失效经典案例分享
失效分析经典案例－设计缺陷失效
485通讯电路 设计缺陷案例
结论： 100Ω与MOV串联，30V、nS级的脉冲 在MOV上的电压为5.4V。（约1/6）
对MOV直接放电 放电电压＝50V
通过100Ω对MOV放电 放电电压＝30V 100 Ω上的电压波形（24.6V）
Vz=10V
4
功能 环境 极端条件 可靠性 维修性 测试性 安全性 保障性 …
温度应力 潮湿应力 振动应力 冲击应力 电磁应力 综合应力 软件运行 …
电应力 温度应力 …
可靠性因素
设计
样机
中试
试产
批产
老炼
使用
设计
物料
结构
工艺
原理 结构 元器件 容差 热 电磁兼容 防浪涌 装配工艺 …
暴露缺陷 完善设计： 原理 结构 物料 工艺
中国赛宝实验室 15
失效分析经典案例－电梯控制板失效
信息
电梯控制的PCBA，进口，对PCBA进行功能检测时， 100块板有20块板发生故障——占20％。 PCBA故障定位：所有故障的PCBA均发生在IC6（板 上位号）集成电路（CPLD）——同一器件 所有失效的CPLD均发生在Pin39，表现为与地（电 源负端）漏电、短路——同一引脚 怀疑：PCBA漏电，IC6漏电、损伤 PCB？ 焊接？ IC？ 过电？ 陷？ …
失效分析经典案例－设计缺陷失效
485通讯电路 设计缺陷案例
通过L1对MOV放电 放电电压＝80V MOV上的电压波形（10.4V）
现场通讯线上的电压波形 9峰峰＝42.6V 9最大＝24.8V
•同一机柜中 •通讯线长≈60cm •柜。门均接地 •线槽无动力线
典型增压器涡壳开裂失效案例分析
典型增压器涡壳开裂失效案例分析管奇贤董碧瑾杨亚宾蔺桂成(宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司,宁波315336)摘要:涡轮增压器处在高温㊁高压和高速运转的复杂工作状态下,承受着较高的瞬态热负荷,对制造的材料㊁零部件的结构及加工技术等都有较高的要求㊂由于汽油机排气温度很高,随着不同工况的变化,涡壳通常在400~900ħ高温交变热负荷下工作[1],高温㊁快速㊁大范围的温变工况致使热应力引起的涡壳开裂成为增压器常见的失效现象㊂采用计算机辅助工程(C A E)分析计算㊁材料耐温分析㊁微观组织质量评价与台架试验边界等方法,对涡壳开裂问题进行探讨,增加在新产品开发及试制过程中处理及改善此类问题的经验,从而减少产品开发的成本,缩短开发周期,对提升发动机的可靠性及耐久性具有重要意义㊂关键词:涡轮增压器;开裂;D5S材料0前言涡轮增压技术可有效提高发动机升功率及燃油经济性,特别是有助于满足日益严格的车辆排放标准法规,从而成为了汽车技术的焦点㊂本文通过对某机型涡轮增压器涡壳开裂失效案例进行研究,对其失效机理开展分析,从而制定改进措施,并进行了效果验证㊂1涡轮增压器涡壳开裂失效现象涡轮增压器在发动机台架耐久试验过程中经常会发生涡壳开裂现象㊂在本案例中,发动机在完成400h 冷热冲击试验后,研究人员发现废气阀座附近存在贯穿裂纹,开裂情况见图1㊂研究人员通过对涡壳开裂部位断面的S E M分析,得出开裂主要原因为热应力㊂2增压器涡壳开裂失效原因分析引起汽油机涡轮增压器涡壳开裂失效的原因一般是各种因素的综合结果,但根据实际案例经验的积累,基本可分为以下4大类:(1)涡壳结构设计缺陷㊂由于安装空间和其他连接部件的限制,涡壳外形结构复杂而导致涡壳开裂[2]㊂主要表现为结构设计不合理,整体壁厚设计不均匀,局部倒角㊁圆角过小,过渡突兀等,可结合计算机辅助工程(C A E)仿真分析等手段进行分析㊂图1耐久试验后涡壳开裂(2)产品铸造㊁热处理问题㊂考量微观组织质量,主要表现为涡壳热处理不满足要求或者无热处理,无法目视的铸造缺陷(砂眼㊁气孔㊁缩松㊁缺肉等),金相组织㊁孔隙率等微观质量问题㊂(3)标定排温控制㊂涡壳在运行过程中的稳态最高排温超过了材料本身的许用限值导致开裂㊂(4)试验边界,台架悬置不合理(带来异常振动等)㊂排气系统未按照设计要求布置,未采用柔性悬挂,台架散热不佳或无散热等㊂772020 NO.6汽车与新动力All Rights Reserved.综上,本文将重点围绕这4类导致涡壳开裂的典型原因进行分析论述㊂表1 D 5S 材料力学性能表项目性能要求化学成分/%CS iM nPST iM o N iM g C rɤ2.04.0~6.00.5~1.5ɤ0.05ɤ0.01--34~36-1.5~2.5石墨球化率ȡ90%,石墨球大小为6~8级基体奥氏体,少量碳化物机械性能抗拉强度ȡ370M P a ,延伸率ȡ10%,硬度130H B ~170H B2.1 涡壳介绍涡壳的流道曲面形状和外形结构复杂,影响涡壳开裂的因素较多,诸如流道设计结构㊁流道整体壁厚㊁涡轮外壳(W /G )凸台㊁涡壳材料等㊂本文所述增压器涡壳结构与排气歧管集成,材料采用高镍铸铁材料G G G -N i S i C r 35-5-2(以下简称D 5S )㊂安全使用温度约为920ħ,实际应用瞬态工况可以允许达到950ħ,持续时间一般应小于5s㊂材料的低热膨胀系数和稳定的金相组织有着较高重要性,它决定着涡壳在使用过程中的伸长㊁收缩和弯曲变形,材料具有较高的相变温度才能获得稳定的基体组织,以减小相变引起的热裂和变形[3]㊂该材料的力学性能见表1㊂2.2 热应力分析-校核涡壳结构设计2.2.1 裂纹原因分析在试验冷热过程中,由于受到材料热胀冷缩㊁壁厚不均㊁高温蠕变㊁振动及涡壳结构等因素的影响,会形成应力集中区,随着耐久试验的推进,应力集中区会产生裂纹㊂对于涡壳铸件来说,其壁厚一般为4~5m m ㊂均匀的壁厚将有利于涡壳的良好散热,也不容易产生热应力集中的情况㊂2.2.2 分析模型图通过模拟计算,评估涡壳热应力开裂风险并给出相应改进方案,分析流程按下文所述4点开展进行[4],并根据结果进行优化㊂(1)设定边界条件(基于有限元模型)㊂涡壳温度场负荷:气体换热系数和气体温度㊁环境热对流与辐射㊁模拟中间体冷却㊂涡壳热应力负荷:温度场㊁位移约束涡壳进气法兰[5];其中气体换热系数和气体温度通过计算流体力学(C F D )计算求得㊂(2)试验工况㊂模拟计算需加入台架试验的循环工况(冷热冲击),其示意图如图2所示㊂根据试验循环工况,排温最高出现在全速全负荷时候,模拟计算涡壳前废气排温怠速425ħ,额定功率点950ħ(实测数据)进行㊂图2 试验循环工况示意图(3)温度场分布㊂根据试验工况,得出各工况点下的涡壳温度场分布,可得出高温区域范围㊂涡壳温度场分布如图3所示㊂图3 涡壳温度场分布示意塑性应变分布:得出应变分布,业内考核通常采用等效塑性应变幅值(ΔP E E Q )来评价,涡壳内外部的考核标准根据实际有所差异,一般要求外部ΔP E E Q<0.1%㊂2.3 铸件微观组织质量对开裂的影响本试验采用高镍球墨铸铁(奥氏体镍抗球墨铸铁),高镍球铁一般含镍量为13%~36%㊂镍是强力的奥氏体稳定化学元素,可扩大奥氏体的存在区间,可以使基体在室温下获得稳定奥氏体组织[6-7]㊂高镍球铁具有优异的高温组织稳定性和抗氧化能力,下文从如78汽车与新动力All Rights Reserved.下几个微观组织方面进行论述㊂2.3.1碳化物金相组织中碳化物一般以粒状或网状分布较多,粒状要优于网状㊂如果碳化物呈网状分布的话,会降低材料的塑性㊂一旦出现了裂纹,则会大幅降低其抑制裂纹扩展的能力[8]㊂同时,铸件如果未采用热处理工艺,则其碳化物分布均匀性会相对较差㊂2.3.2显微缩松(孔隙率)一般而言,显微缩松越严重,说明铸造质量越差,其机械性能也就越差㊂根据涡壳具体部位的不同,对于孔隙率的评判标准也不大相同,关键放气阀座㊁涡壳舌口等功能部位要求严格,缩松目标为不大于2%,非功能区标准应控制在5%以下㊂2.3.3球化率球化率指标有着较高重要性,详见表2标准㊂在排气系统特别是在涡轮增压器涡壳的应用上建议为2级或者更高,即球化率大于90%㊂球化率级别越高,其机械性能越好,反之越差㊂另外,对石墨的大小也有要求,一般为6~7级㊂表2各类球铁应用温度值材料牌号基体组织应用温度/ħ铁素体球铁Q T420-15铁素体,珠光体含量ɤ5%,石墨球600~650高硅球铁-铁素体,珠光体含量ɤ5%,石墨球600~750硅钼球铁H i S i M oD C I铁素体,珠光体含量ɤ5%,石墨球650~820加钒硅钼球铁-铁素体,珠光体含量ɤ5%,石墨球ɤ850高镍球铁D5S㊁D4㊁D2奥氏体基体,石墨球化级别2~3级ɤ920 2.4标定排温控制对开裂的影响根据表2可知,D5S排温最高应不超过920ħ,可允许瞬时最高排温至950ħ㊂对于大负荷工况下的汽油机排温控制而言,通常的手段是采用加浓燃油喷射㊂因此在标定策略上必须以增压器涡壳材料耐温限值来约束标定的最高排温,以本研究的高镍球墨铸铁D5S为例,最高标定稳态排温必须限制在920ħ,此时过量空气系数λʈ0.79~0.80㊂2.5试验边界条件的控制对于试验边界条件的控制(台架布置的合理性),主要是通过散热及振动来关注㊂2.5.1振动加速度㊁振幅试验人员对台架耐久发动机排气系统振动加速度及振动幅值进行测试,在所有工况下的最大振动加速度最高可达12.5G,见图4㊂相比振动加速度,其振动幅值相对较小,其幅值为0.45m m,见图5㊂图4振动加速度图5振动幅值由此可以判断,过大的振动加速度将加剧涡壳开裂失效的风险㊂在可控范围内,加速度以及振幅均是越小越好[9]㊂2.5.2散热条件台架耐久试验不同于整车道路耐久试验,其全速全负荷工况恶劣,必须在排气侧加装额外的大功率散热风扇㊂综上分析,需要对此涡壳开裂案例进行整改,以达到规避风险的目标要求㊂3锁定本案例失效的主因根据上文可知,其热应力区域与本文故障增压器792020 NO.6汽车与新动力All Rights Reserved.涡壳开裂区域相吻合,热应力是其开裂的主要原因之一,详见图6塑性应变分布㊂图6 塑性应变分布D 5S 材料的耐温上限为920ħ,此故障件耐久试验并未对排温进行严格控制,详见图7㊂最高温度情况达到了950ħ,这是导致涡壳开裂的重要原因之一㊂图7 涡壳前废气排温曲线随着,研究人员对失效故障件切片进行微观组件检测,其孔隙率㊁碳化物含量偏高,可知微观质量缺陷为开裂主因之一,详见图8㊂显微缩松显示,碳化物含量偏高,且局部成网状分布,对机械性能产生影响,抑制裂纹扩展的能力大幅下降[8],详见图9㊂在试验室台架布置中,所有紧固支架㊁支撑点㊁散热风扇均已按照设计及试验要求安装,但是根据上述图8孔隙率以及显微缩松现象图9 100倍放大条件下的碳化物分布情况振动加速度的测量,振动加速度偏高㊂鉴于试验台架无法完全与整车布置一致,且台架悬置也已经按整车要求加装橡胶垫,因此振动加速度偏大不被纳入主因㊂失效故障增压器厂家设定的振动加速度标准为小于15G ,但针对非旋转部件(涡壳㊁中间壳等)的振动限值须根据实际项目应用情况测试,结果以满足使用要求㊁无共振为导向㊂4 改进措施及效果验证研究人员在偏薄区域增加壁厚,按5m m 的厚度考量,加大根部圆角,局部增设加强筋,优化涡壳三维(3D )造型,缓解热应力,详见图10㊂研究人员考虑优化微观结构,减少孔隙率㊁显微缩松,弱化碳化物㊂图11示出了改善后的结果,其已经满足功能区不大于2%,非功能区小于5%的目标要求㊂在失效案例整改的过程中,试验人员与铸造厂家交流了铸造工艺方面的几个要点:80汽车与新动力All Rights Reserved.图10优化前后3D 模型对比图11改善后的显微缩松分布示意图(1)炉料要求干净㊁无油污,杂质含量严格控制,浇冒口要抛丸处理;(2)严格控制开浇温度;(3)增加脱氧次数,提高抗氧化性[10];台架耐久排温监测,严格控制涡轮前废气温度,温度如达到920ħ会报警,温度如达到950ħ则会自动停机㊂通过上述整改措施,在后续的400h冷热冲击耐久试验中,开裂问题得到有效解决㊂5结论本文通过对涡轮增压汽油机涡壳台架耐久后开裂(贯穿裂纹)问题进行分析,围绕结构设计㊁涡壳材料㊁材料微观组织㊁排温㊁试验边界等方面开展详细的验证工作,最终开裂问题得到有效解决,从中得到如下结论㊂(1)涡壳结构的设计必须通过有限元分析研究,优化热应力集中部位结构,缓解热应力㊂(2)涡壳微观组织必须得到监控,根据不同材料制定相应的评价标准,同一批次保留样件,供后续分析㊁对比检测使用㊂(3)排温必须在涡壳材料许用温度限制以内,如采用果不能满足,则需要更换耐温更高的材料,如采用铸钢D I N1.4837材料㊂(4)台架振动带来的影响不可避免,尽可能通过结构优化及布置方式来减缓台架振动对排气侧的影响㊂参考文献[1]王泽华,许鹤皋,蒋兴国,等.汽车增压器涡轮壳材料研究[J].内燃机,1999(1):31-35.[2]蒋德明.高等内燃机原理[M].西安:西安交通大学出版社,1993.[3]王佳华.发动机排气歧管开裂失效分析[D].上海:同济大学机械与汽车工程学院,2009.[4]李红庆.杨万里,刘国庆,等.内燃机排气歧管热应力分析[J].内燃机工程,2005,26(5):81-84.[5]谷爱国.车用涡轮增压器涡壳流场分析[D].长春:吉林大学,2007.[6]金永锡,范仲嘉.高镍奥氏体球墨铸铁涡轮增压器壳体材质及工艺研究[J].铸造,2005,54(5):494-500.[7]陈平昌,黄志刚,肖理明,等.高镍奥氏体球墨铸铁高温性能研究[J].华中理工大学学报,1995,23(1):104-108.[8]球墨铸铁金相检验[S].G B/T9441-2009.[9]刑素芳,王现荣,王超,等.发动机排气系统振动分析[J].河北工业大学学报,2005,34(5):109-111.[10]中国机械工程学会.铸造手册(第1卷铸铁)[M].北京:机械工业出版社,1997.812020 NO.6汽车与新动力All Rights Reserved.。
设计失效分析DFMEA经典案例剖析
——六步搞定DFMEA表格
纲要 一：重大质量问题实例 二：DFMEA的重大作用 DFMEA的重大作用 三：DFMEA基本概念相关 DFMEA基本概念相关 四：DFMEA表格标准格式 DFMEA表格标准格式 五：DFMEA应用与表格制作实战 DFMEA应用与表格制作实战 六：趣例分享 七：豆浆机常见失效点分组讨论并作DFMEA练习 豆浆机常见失效点分组讨论并作DFMEA练习 分组讨论并作DFMEA
DFMEA •Design Failure Mode Effect Analysis： ： 设计失效模式及后果分析 •失效模式 指设计（制造）过程无法达到预定或规 失效模式: 失效模式 指设计（制造） 定的要求所表现出的特征； 坏品、 定的要求所表现出的特征；如：坏品、不良设备状 况等; 况等 •后果 指失效模式对客户 包括下工序 所造成的影响 后果: 包括下工序)所造成的影响 后果 指失效模式对客户(包括下工序 所造成的影响;
•设计之前预先进行风险分析，确保设计水平。 设计之前预先进行风险分析，确保设计水平。
是正文内容部分，这里是正文 内容部分，这里是正文内容部分， 这里是正文内容部分，这 里是正文内容部分，这里是正 文内容部分，这里是正文内 容部分，这里是正文内：重大质量问题实例
一：重大质量问题实例
这里是正文内容部分， 这里是正文内容部分，这里 是正文内容部分，这里是正文 内容部分，这里是正文内容部分， 这里是正文内容部分，这 里是正文内容部分，这里是正 文内容部分，这里是正文内 容部分，这里是正文内 容部分，这里是正文
如果DFMEA得到有效应用与执行： 得到有效应用与执行： 如果 得到有效应用与执行
三：DFMEA基本概念相关 基本概念相关
电动自行车车架失效分析及改进方案
特 别说 明 ：该 种 车形 车 架 在
按 ＧＢ ７ ６ — ９ ９ 《 １ ７ １ １ ９ 电动 自行 车
是 多方面 的 ，本文仅 从 车 架结 构 方面 进 行浅 显 分析 。 另外 ，材 料 质 量 、管壁 厚 度和 焊 接工 艺 等对 车架 强度 均 有 重 大影 响 ，产 品设 计 时 应 综 合 考 虑 上 列 多种 因素 ， 确 保 整 车 既 外 形 美 观 、 骑 行 舒
方 向上应 尽 可 能避 免 出现 连 续 的 焊 缝 ，这 样 会 导致 这 一截 面 的 强
度 大 幅下 降 ；适 当的 设计 一 些 弹
结 构 和 工 艺 方 面 进 行 分 析 和 研
性缓 冲 结 构 ，以利于 缓 解 冲 击 力
翻 ２１ 第４ ・ ０ ｌ１ 期
左右 。
头 直 接焊 接 ，无 连接 立 管 、 中接
头 和 车架 下 管 的加 强筋 ，这种 连 接 方式连 接 的立 管轴 向抗 拉 和 绕
１９ 《 ９ ９ 电动 自行 车 通 用 技 术 条 件》 经 车 架 ／ 叉 组 合件 振 动 试 前
验 ，第 一 次 经 ４万 次 振 动 试 验
管 与 中接 头直 接 焊接 ，无加 强 筋 连 接 ，此 处钢 性 不 足。 整 车在 频 繁 的刹车 制动 过 程 中 ，立 管承 受 绕 中接头 方向 的反 复弯 曲扭 矩 力
接头 部 为应 力危 险 区 ，下 管弯 曲 处 的加 强筋 与 下管 焊 接时 ，沿 加 强 筋周 边采 用连 续 的 满焊 ，下 管 弯 曲处与 加强 筋头 部 焊接 处 ，在 与 管轴 线 相垂 直 的那 个截 面 的 圆
周 方 向上 出现 了近 １２周 长 的连 ／
设计失效分析DFMEA经典案例剖析通用课件
将DFMEA的应用范围从汽车行业 扩展到其他制造业领域，为更多产 品的可靠性设计和改进提供支持。
引入新技术
随着技术的不断发展，DFMEA 可引入新的工具和方法，提高 分析的效率和准确性。
加强培训与意识提升
通过培训和宣传活动，提高企业员 工对DFMEA的认识和应用能力， 促进其在产品设计和管理中的广泛 应用。
01
确定产品或系统的研究范围，明确分析对象和目标 。
02
考虑产品或系统的生命周期，包括研发、生产、使 用和维修等阶段。
03
确定研究的重点，如关键功能、高风险区域或特定 设计领域。
构建功能、性能、可靠性和安全性清单
01
列出产品或系统的所有功能和性能要求。
02 分析各功能和性能对可靠性、安全性的需求和影 响。
评估失效模式对设备操作准确性和安全性的影响程度。
改进措施
提出针对失效模式的改进措施，如优化按钮设计、改善 显示效果等。
04
案例剖析与启示
案例一剖析与启示
案例名称
某汽车刹车系统设计失效
案例描述
某汽车在行驶过程中突然出现刹车失灵，导致严重事故。经过调查发 现，设计阶段未充分考虑高温环境下刹车油膨胀问题。
提出改进措施和建议，降 低设计失效风险，提高产 品或系统的可靠性、安全 性。
03
经典案例选择与介绍
案例选择标准
案例的典型性
选择具有代表性的案例，能够体现DFMEA分析的基本原则和方 法。
案例的实用性
案例应具有实际应用价值，能够帮助企业解决实际问题。
案例的完整性
案例应包含完整的DFMEA分析过程，包括功能定义、功能分析 、失效模式分析、失效影响分析和改进措施等。
压力容器培训之压力管道失效分析及事故案例
培训效果评估和改进方向
培训效果评估：通过问卷调查、考试等方式评估培训效果 改进方向：根据评估结果，调整培训内容和方式，提高培训效果 加强实践操作：增加实际操作环节，提高学员实际操作能力 引入新技术和新方法：关注行业新技术和新方法，及时更新培训内容
持续推进安全培训和教育宣传工作
定期组织员工进行 安全培训，提高安 全意识
压力管道检验标准：《压力 管道检验规范》、《压力管 道检验质量控制规范》等
监管部门职责和要求
监管部门：国家质量监督检验 检疫总局
职责：负责压力管道的安全监 管工作
要求：制定压力管道安全技术 规范，监督企业执行情况
处罚措施：对违反规定的企业 进行处罚，确保压力管道安全 运行
企业主体责任落实情况
企业主体责任：企业对压力管 道安全的责任
定期检查压力管道的支 撑和固定情况
定期检查压力管道的安 全阀和泄压阀情况
定期检查压力管道的消 防和应急设备情况
定期检查压力管道的完 整性和密封性
定期检查压力管道的振 动和噪音情况
定期检查压力管道的保 温和隔热情况
定期检查压力管道的报 警和监控系统情况
定期检查压力管道的仪 表和阀门情况
相关法规标准概述
信息公开：公开压 力管道安全监管信 息，接受社会监督
培训对象和内容设计
培训对象：压力管道操作人员、管理人员、维护人员等 培训内容：压力管道基础知识、操作规程、维护保养、安全防护等 培训方式：理论教学、实践操作、案例分析、模拟演练等 培训效果评估：通过考试、实际操作、反馈等方式进行评估
教育宣传形式和渠道选择
加强员工培训， 提高操作技能和 应急处理能力
制定应急预案， 确保在紧急情况 下能够迅速响应 和处理
失效分析之经典案例
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。
《失效分析案例》课件
02
失效分析的方法与技术
介绍了各种失效分析的方法和技术，如外观检查、化学分析、金相切片
、扫描电子显微镜等，以及它们在失效分析中的应用。
03
失效分析案例介绍
列举了一些典型的失效分析案例，包括电子产品、机械零件、复合材料
等，详细介绍了这些案例的失效模式、失效机理和失效原因。
失效分析的展望
失效分析技术的发展趋势
案例三：材料失效
总结词
材料检测、工艺优化、热处理
详细描述
针对材料失效，进行材料检测和工艺优化是关键。通过合理的热处理和加工工艺 ，可以改善材料的性能，提高其抗失效能力。同时，加强材料保护和使用合适的 涂层也是预防材料失效的重要手段。
案例四：结构失效
01 总结词
强度不足、失稳、疲劳
02
详细描述
结构失效通常表现为强度不足 、失稳和疲劳等问题。这些失 效原因可能导致建筑物、桥梁 等结构性能下降、功能丧失或 引发安全问题。
在产品维修和保障阶段，FMEA可以用于分析产品在使用过程中可能出现的问题， 预测产品的寿命和可靠性，为维修和保障计划提供依据。
05 预防与纠正措施
电子产品失效预防与纠正措施
总结词
电子产品失效预防与 纠正措施是确保电子 产品可靠性和性能的 关键。
元器件选择
选择质量稳定、可靠 性高的元器件，避免 使用次品或假冒伪劣 产品。
详细失效分析
采用各种技术和方法，深入分 析失效机制和根本原因。
验证与实施
对改进措施进行验证，并在实 际中实施，以改善产品的可靠 性和性能。
02 失效案例选择与 介绍
案例一：电子产品失效
总结词
详细描述
总结词
详细描述
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因此要想取得最佳的效果，应该在工艺失效模式在产品中出现之前完成。
产品开发的5个阶段包括：计划和界定、设计和开发、工艺设计、预生产、大批量生产。
作为一家主要的EMS提供商，Flextronics International已经在生产工艺计划和控制中使用了FMEA管理，在产品的早期引入FMEA管理对于生产高质量的产品，记录并不断改善工艺非常关键。
对于该公司多数客户，在完全确定设计和生产工艺后，产品即被转移到生产中心，这其中所使用的即是FMEA管理模式。
在该新产品介绍(NPI)发布会举行之后，即可成立一个FMEA团队，包括生产总监、工艺工程师、产品工程师、测试工程师、质量工程师、材料采购员以及项目经理，质量工程师领导该团队。
FMEA首次会议的目标是加强初始生产工艺MPI (Manufacturing Process Instruction)和测试工艺TPI(Test Process Instruction)中的质量控制点同时团队也对产品有更深入的了解，一般首次会议期间和之后的主要任务包括：1．工艺和生产工程师一步一步地介绍工艺流程图，每一步的工艺功能和要求都需要界定。
失效分析文档
失效分析1. 简介失效分析是一种广泛应用于工程领域的方法，用于确定和解决产品或系统中的失效事件。
通过深入分析失效事件的根本原因，可以提供有针对性的解决方案，并预防未来类似失效的发生。
本文将介绍失效分析的基本概念、方法和步骤，并提供一些实际案例作为示例。
2. 失效分析的基本概念失效分析是一种系统性的方法，其目标是确定失效事件的根本原因。
通过对失效事件进行细致的分析，并深入了解其发生的原因和机制，可以为解决问题提供有针对性的方案。
在失效分析中，以下几个概念是需要了解的：2.1 失效事件失效事件指的是产品或系统在使用过程中出现的问题或故障。
根据其严重程度和影响范围的不同，失效事件可以分为不同级别。
2.2 失效原因失效原因是导致失效事件发生的根本原因。
失效原因可以是设计缺陷、材料问题、加工工艺不良、人为误操作等各种因素。
2.3 失效机制失效机制指的是导致失效事件发生的物理或化学过程。
了解失效机制可以帮助我们更准确地确认失效原因，并提供相应的解决方案。
3. 失效分析的方法和步骤失效分析通常包括以下几个步骤：3.1 收集失效信息首先，需要收集与失效事件相关的所有信息，包括失效现象的描述、失效发生的时间和地点、使用条件等。
这些信息对于确定失效原因和机制非常重要。
3.2 进行失效现象观察和分析在这一步骤中，需要对失效现象进行仔细观察和分析。
通过对失效事件的特征、表象和行为进行观察和分析，可以初步确定失效原因的可能性。
3.3 进一步测试和实验为了确认失效原因，可能需要进行一些测试和实验。
这些测试和实验可以是物理测试、化学分析、材料测试等，目的是找到与失效现象相关的因素。
3.4 分析失效机制通过对失效现象和测试结果的分析，可以推断失效机制。
失效机制是导致失效事件发生的根本原因，了解失效机制可以为解决问题提供参考。
3.5 提出解决方案和预防措施最后，根据对失效原因和机制的分析，可以提出解决方案和预防措施。
解决方案可以是修复失效部件、改进设计、优化工艺等，预防措施则是为了防止类似失效事件再次发生。
设计失效分析DFMEA经典案例剖析完整版.ppt
• 20世纪 60年代，美国宇航界首次研究开发 FMEA；
• 1974年，美国海军建立第一个 FMEA 标准；
• 1976年，美国国防部首次采用 FMEA 标准；
• 70年代后期，美国汽车工业开始运用 FMEA；
• 80年代中期，美国汽车工业将 FMEA 运用于生產过程中；
• 90年代，美国汽车工业将 FMEA 纳入 QS9000 标准；在 TQS9000体系中，是4.20统计技术这个要素中的首要审核项 目
•设计之前 是正文内容部分，这里是正文
预先进行风内险容这部分里分是，析正这文里，内是容正确部文分内保，容这部设分，计水平。
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精心整理
14
四：DFMEA表格标准格式
精心整理
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四：DFMEA标准格式
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• 09年8月，三合一外审正式提出对九阳的“DFMEA”应用要求
，对我们目前的FMEA状况较为不满；以后可能会作为一个主
要内容进行审核。
精心整理
11
三：DFMEA基本概念相关——FMEA的类型
DFMEA PFMEA SFMEA AFMEA PFMEA SFMEA MFMEA
设计失效模式及后果分析 过程失效模式及后果分析 服务失效模式及后果分析 应用失效模式及后果分析 采购失效模式及后果分析 子系统失效模式及后果分析 机器失效模式及后果分析
DFMEA理论与实战
——六步搞定DFMEA表格
最新失效分析经典案例分享
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。
设计失效分析DFMEA经典案例剖析
六：DFMEA应用与表格制作实战第2步 ——找失效点之5－重要程度分级
级别（重要程度） 本栏目可用于对零件、子系统或系统的产品特性分级 （如关键、主要、重要、重点等），它们可能需要附加的 过程控制。 任何需要特殊过程控制的对象应用适当的字母或符号在 设计FMEA表格中的“分级”栏中注明，并应“建议措施” 栏中记录。 每一个在设计FMEA中标明有特殊过程控制要求的对象 在过程FMEA当中也应标明那些特殊的过程控制。 严重度分级： a) 确定级别要根据经验、要小组讨论，大家形成共识. b) 对整车的影响，假设零件（分析）装入整体运行 c) 可依FMEA手册参考制作自己的FMEA中严重度分级， 但要遵守大原则： CC（关键性特性）9－10级 SC(重要特性) 5 － 8级 （5级以上均要措施对策，5级以下可以考虑。）
a)成立小组（一般以3～4 人）可作为多方论证小组 中的子组 b)资料准备： •QFD设计要求 •可靠性、质量目标 •明确产品的使用环境 •类似产品的FMA/FTA资料 •工程标准 特殊特性明细表 c)各系统、子系统、各部门 逻辑影响关系
五、方块图的运用与指导作用：
产品的方块示意图表示了产品部件之间的物理和物流关系。方块图 的结构有不同的方法和形式。 方块图指出了在设计范围内部件和子系统之间的相互关系。这相互 关系包括：信息流、能量、力或流体。目标是理解系统的要求或输入， 输入活动的执行或功能的执行，和可交付性或输出。 图可能是方块用线连接而成，每一个方块与产品的一个主要部件或 过程的一个主要步骤相对应。线表示产品部件是怎样相关的，或相互的 界面。对于方块图，组织须以最好的方法或格式来做。 用于准备 DFMEA 的方块图应有复印件与DFMEA 附在一起。
典型的失效机理可能包括但不限于：屈服、疲 劳、材料不稳定性、蠕变、磨损和腐蚀。
设计失效分析DFMEA经典案例剖析-图文
CC（关键性特性） 9－10级 SC(重要特性) 5－8级
5级以上均要措施对策，5级以下可以考虑 。
五：DFMEA应用与表格制作实战第1步 ——填写表头
注意时间是随 时更新的！
五：DFMEA应用与表格制作实战第2步
——寻找失效点
•用尽可能简明的方字来说明被分析项目要满足 设计意图的功能，包括该系统运行的环境信息（ 如说明温度、压力、湿度范围）。如果该项目有 多种功能，且有不同的失效模式，应把所有功能 单独列出 1
什么叫失效？
五：DFMEA应用与表格制作实战第2步
——找失效点之2－失效模式
失效的定义 在失效分析中，首先要明确产品的失效是什么，否 则产品的数据分析和可靠度评估结果将不一样，一般 而言，失效是指：
容部分，这里是正文内 容部分，这里是正文
五：DFMEA应用与制作实战
DFMEA一般制作流程：
1．DFMEA的准备工作
2．制作DFMEA
a)成立小组（一般以3～4 人）可作为多方论证小组 中的子组
b)资料准备： •QFD设计要求 •可靠性、质量目标 •明确产品的使用环境 •类似产品的FMA/FTA资料 •工程标准 特殊特性明细表
* 检测失效的能力？
Detection
* 风险优先指数？
Risk Priority Number (RPN)
* 改善方案？
Recommended action
3.推行DFMEA的理由
•FMEA是一种用来评估系统、设计、过程或服务等所有可能会发生 的故障的方法，所以，推行它的理由往往有：
•产品责任法的要求－－－谁对产品的缺陷而造成的损害负责？ •ISO/TS 16949 等质量体系的要求 •提高产品或服务的质量、可靠性和安全性 •提高企业的形象和竞争力 •减少产品的开发时间和成本 •协助对新的生产和组装过程进行分析 •确定和预防故障 •加强通过团队合作解决问题的文化 •形成企业内持续改进文化的有力工具
失效分析技术(第一部分)--赛宝实验室 李少平
第二讲：失效分析经典案例 （1） 失效分析全过程案例 （2） 静电与闩锁失效分析案例 （3） 电浪涌失效分析案例 （4） 机械应力失效分析案例 （5） 结构缺陷失效分析案例 （6） 热变应力失效分析案例 （7） 材料缺陷失效分析案例 （8） 整机制造工艺缺陷失效分析案例 （9） 整机设计缺陷失效分析案例 （10） 污染腐蚀失效分析案例 （11） 元器件固有机理失效分析案例。 上述案例包含元器件的各个门类，包括电阻器、电容器、电感器、 二极管、三极管、集成电路、组件、板件（PCBA）。
场效应晶体管的静电放电损伤：
失效现象：研发过程大量的、莫名其妙的失效，没有加电而失效。 失效分析：微尺寸击穿点、熔融；排除破裂、污染、缺陷、使用过电。 诊断结果：静电放电击穿 机理研究：静电产生机理、静电放电机理 应用：评价、抗静电设计、降低静电来源，预防静电放电
CEPREI 中国赛宝实验室 17 CEPREI
“挑战者”的悲剧在于，博伊斯乔利在发射前 6个月就对“○圈”提出质疑，因为一年前他曾亲 自跑到佛罗里达，对上一次发射时使用的火箭进 行了检查，让他吃惊的是，第一层“○圈”失灵， 热气跑了出来，幸运的是，第二层“○圈”拦住了 热气。 博伊斯乔利仍保存着当时拍摄的“○圈”照 片，本应是蜜色的润滑油被熏成了黑色。第一层 “○圈”的很多部分不见了，很显然，它们被烤焦 了。他说：“我看到这一切时，心口像堵上了一 团棉花。那次发射，航天飞机竟然没有爆炸，简 直是奇迹！”
CEPREI
中国赛宝实验室
20
一、失效分析的作用 从可靠性三个阶段见证失效分析的作用
SPC： 正常不良率：300ppm 异常不良率：500ppm
一、失效分析的作用 从可靠性三个阶段见证失效分析的作用
内部控制失效案例分析
南方航空巨亏案例分析南方航空集团公司2004年7月间曝出的巨额委托理财投资损失；随后，国家审计署广州特派办对南方航空实施了专项审计；广东证监局也在2005年10月对南方航空股份公司进行了检查。
2004年绩效考核的179家中央企业中，南航集团由于重大财务违纪事件，从B级降至了C级。
2006年4月底，在香港、纽约和上海三地上市的中国南方航空股份有限公司宣布，2005财年巨亏17.94亿元人民币；公司将其归结为航空燃油价格持续暴涨，以及近年收购北方航空、新疆航空两家公司导致的费用攀升；但这显然难以说服市场。
南方航空集团属于国有大型企业，在银行贷款方面具备良好的信誉凭证，不用任何抵押即可以从每个商业银行获得10至20亿元的贷款。
用银行的钱来进行投资理财，确实是赚钱的商机。
南航集团从2001年就开始进行委托理财业务；与南航集团有过委托理财业务的有汉唐证券、中关村证券、世纪证券。
南航集团调集巨额资金乃至账外资金进行委托理财，其中仅流向深圳世纪证券公司的委托理财资金即达12亿元。
南航给世纪证券的委托理财资金基本上被世纪证券用于重仓持有南航集团旗下的南方航空(600029.SH)。
南方航空2003年7月25日上市，当时因“非典”的影响，南方航空上市首日收于3.88元，是四大上市航空公司中股价最低的。
世纪证券在此低位入货，3个月不到，南方航空从4.2元上涨到6.8元，升幅超过60％，世纪证券也获得了丰厚的账面利润。
但随后，在油价不断攀升的压力下，航空股开始萎靡不振，世纪证券因此损失惨重。
从世纪证券账面上看，南航委托理财的12亿资产已经无法偿还。
也正是由于对南航所形成的巨大债务压力，世纪证券被迫走上重组之路。
世纪证券无力归还南航集团12亿元委托理财中的7.15亿元，南航集团无奈只得将其实行债转股。
2005年8月，南航集团副总裁兼上市公司董事彭安发、南航集团财务部部长的陈利明因涉嫌违法，先后被司法机关依法逮捕；2006年3月二人被广东省反贪局移交广州市检察院起诉。
材料失效分析试题与答案
1.试用一个经典的案例说明材料失效分析与基础学科及应用学科之间的关系（不少于400字，配图片）答：材料失效分析的经典案例:醇胺贫富液换热器列管腐蚀穿漏图1 测试分析用的失效管子及拉杆套管损坏部位：靠近壳程热流体进口处的管子、管程冷流体热端处的管子。
表面观察：①管内外表面均可见棕色表面覆盖层，在没有坑洞的表而用锉刀轻轻锉一下能看见银白色的金属光泽，说明均匀腐蚀轻微。
②严重腐蚀区的管子外表面分布很多凹坑，深浅不一，有些凹坑已穿透管壁厚，大多凹坑为敞口椭园截面坑洞。
③拉杆套管的腐蚀损坏比换热管更严重。
根据这个图片和实物可以通过以下方法分析材料的失效：1). 管材的化学成分测定2). 换热管的金相分析4). 腐蚀原因分析结果讨论：材料的断裂和腐蚀是材料失效中最常见的两种形式。
这两种失效在工程实际中经常会造成极大的破坏和损失。
分析和判断出材料失效的原因，同时找出有效的预防措施，防止类似的失效重复发生，是工程实际中经常遇到的难题。
材料失效分析需要应用机械、力学、物理、化学、数学、电子技术等多方面知识，需要借助现代分析测试技术，从宏观到微观，从定性到定量，从单项到综合的系统性分析。
上述图片实例也充分说明了在对材料失效分析时需要用到很多的基础学科，尤其是物理和化学。
而且在应用学科方面如现代显微测试技术等都是具有很好的代表性。
材料的失效分析离不开这些学科！要做好材料的失效分析我们就应该在实践的基础上将学科的知识和一些先进技术相结合应用！2.试用两个实际的失效案例说明材料失效分析的重要意义（要求既有文字说明，又有图片说明，文字不少于800字）答：发生在我们生活中的材料失效的案例很多，材料的失效也有很多的类型，不同的材料在不同的外界环境，使用环境和其本身的性质会使失效的形式也会不一样。
下面是两个实际的材料失效的案例：实例一：图1：曲轴及断裂部位进口万吨级远洋货轮主机曲轴断裂如上图曲轴及断裂部位材料的背景资料:1) 主机参数：额定功率为8820 kW，单缸功率为735kW，最高转速480r/min，常用转速400 r/min；2) 曲轴参数：材料相当于35CrMoA(中国)，轴颈φ＝400mm，质量约15t；3) 质量要求：曲轴整体锻造，调质后才可交付使用(按规定)。
《失效理论概述》课件
05
结论与展望
失效理论的重要性和应用应用价值
失效理论是研究系统或组件失效 模式、机理及影响的重要工具， 对于提高系统可靠性和安全性具
有重要意义。
通过失效分析，可以识别出系统 中的薄弱环节和潜在风险，为预 防和减少失效事件提供科学依据
。
失效理论在工程领域、航空航天 、交通运输、电子产品等领域有 广泛应用，为相关行业的发展提
故障树分析（FTA）
总结词
通过构建故障树来分析系统故障的原因和逻辑关系，确定导致故障的基本事件和 潜在的薄弱环节。
详细描述
FTA是一种自上而下的分析方法，通过将系统故障与导致该故障的基本事件联系 起来，构建故障树。通过对故障树的深入分析，可以识别出导致系统故障的关键 因素和潜在的改进方向，从而提高系统的可靠性和安全性。
应力-强度干涉理论
总结词
基于应力和强度两个因素相互作用的理论，分析产品的可靠性和寿命。
详细描述
应力-强度干涉理论认为产品的可靠性和寿命取决于所承受的应力和材料的强度。当产品的应力超过其 强度时，就会发生失效。该理论通过分析应力和强度的关系，评估产品的可靠性和寿命，并指导设计 优化和可靠性提升。
03
对产品或系统的可靠性进 行评估，确保满足设计要 求和使用条件。
冗余设计
通过增加备份或冗余组件 ，提高产品或系统的可靠 性。
耐环境设计
考虑产品或系统在各种环 境条件下的性能表现，提 高其在恶劣环境下的可靠 性。
持续改进与优化
失效分析
对失效案例进行深入分析，找出 根本原因，制定改进措施。
优化设计
不断优化产品或系统的设计，提 高其性能、可靠性和安全性。
为设备超负荷运行或电路设计缺陷。
设计失效分析DFMEA经典案例剖析
优质的产品是企业赢得市场 份额的关键因素之一。通过 DFMEA分析优化产品设计， 可以提高产品的竞争力，帮
助企业抢占市场份额。
增加企业收益
提高产品质量、降低生产成 本和增强市场竞争力都可以 为企业带来更多的收益。
07
总结与展望
DFMEA应用现状及挑战
01
应用现状
02 广泛应用于产品设计阶段，以预防潜在的设计缺 陷。
根据风险等级划分结果，优先处 理高风险失效模式，制定相应的 改进措施。
02
改进措施实施与验 证
实施改进措施后，对产品进行重 新评估，确保改进措施的有效性。
03Βιβλιοθήκη 持续改进在产品生命周期中持续进行 DFMEA分析，不断优化产品设 计，提高产品质量和可靠性。
03
经典案例一：汽车零部件设计 失效分析
案例背景介绍
改进措施实施及效果验证
改进措施
针对识别出的失效模式和原因，采取了相应的改进措施，如优化散热设计、改进电源管理模块、修复软件编码错误和 内存泄漏等。
效果验证
在实施改进措施后，对设备进行了重新测试和验证。结果显示，电池温度明显降低，屏幕闪烁问题得到解决，应用程 序运行稳定且不再崩溃。
经验教训
该案例表明，在设计阶段充分考虑潜在失效模式和影响至关重要。通过DFMEA等方法进行预防性分析， 可以及早发现并解决潜在问题，提高产品的可靠性和安全性。同时，持续改进和优化设计也是提升产品 质量和用户满意度的关键所在。
探测度评估
评估现有控制措施在多大程度上能够探测到失效模式的发生。
风险优先数计算
计算风险优先数（RPN）
将严重度、频度、探测度的评估结果相乘，得到每种失效模式的风险优先数。
常见金相组织缺陷与失效介绍
缺陷与失效分析
缺陷类型：气孔、夹杂、裂纹、磨损等 失效原因：设计不合理、材料选择不当、加工工艺问题等 失效后果：影响产品性能、缩短使用寿命、造成安全隐患等 预防措施：优化设计、选用合适材料、改进加工工艺等
解决方案
优化材料选择：选择合适的材料，避免缺 陷产生
改进工艺：优化生产工艺，减少缺陷产生
加强检测：提高检测频率和质量，及时发 现缺陷
材料缺陷：如夹杂物、气孔、裂纹等 加工工艺不当：如热处理不当、锻造不当等 设计不合理：如结构不合理、应力集中等 使用环境恶劣：如高温、高压、腐蚀等 维护保养不当：如润滑不足、磨损严重等
失效机理
疲劳失效：循环载荷作用下，材料疲劳 损伤累积导致断裂
断裂失效：材料内部缺陷或应力集中导 致断裂
腐蚀失效：环境因素导致材料表面腐蚀， 降低机械性能
气压：气 压变化可 能导致材 料变形或 破裂
辐射：辐 射可能导 致材料老 化或失效
化学物质： 接触有害 化学物质 可能导致 材料腐蚀 或变质
生物因素： 生物侵蚀 可能导致 材料损坏 或失效
金相组织缺陷检测方法
宏观检测
肉眼观察：直接观察样品表面，发 现明显缺陷
低倍显微镜观察：使用低倍显微镜 观察样品表面，发现更细微的缺陷
变形预防：合理设计、正确选材、控制热处理工艺等
金相组织缺陷原因
原材料问题
原材料质量不 合格：如杂质、 气孔、裂纹等
原材料加工工 艺不当：如热 处理、锻造、 焊接等工艺不
当
原材料选择不 当：如选材不 当、材料搭配
不当等
原材料储存不 当：如储存环 境不当、储存
时间过长等
工艺问题
材料选择不当：材料 性能与使用环境不匹 配
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由现象可以看到：
¾ 与低亮无关 ¾ 与基极电流大小有关 ¾ 与高亮的启动有关
——高亮的启动状态
¾ 与高亮工作后的结果有关 （与高亮的时间间隔长短有关）
——温度 ¾ 每个灯均工作在大电流状态
——电流流向，电流增大的道理
电路设计缺陷
电瓶+
103/250V 47μF/25V
2200μF/35V
R1
R2 220Ω
220Ω
SCR2
D4 M7
C1
R4* 2.7K
BT151-500R
SCR1
D1 M7
R5 51K
Q1 MMBT5401
BATT1 12V/7Ah
交流入～
BT151-500R
ACG
SCR3
Z1
MCR100-8
16V
Z2 13V
R6
1K R11
C2
D7 10A
1K/1210
设计缺陷
端口长线保护
XCS30XL分析启发
工程应用失 效与浪涌试 验失效表征 相同
工程失效属 于浪涌电压 －－脉冲大 电压击穿失 效
Pin102 重点防护
失效端口 Pin102
相同
Pin102相关外 围电路易引入 高压？
电路设计缺陷
开关部件（VDMOS）热失效： 9缓慢开启，开时极大功耗； 9开快后，还出现振荡又热烧毁。
VA/VB(输入)连接到航空插座 也属于”长线传输”
VA输入端(Pn11)
VA/VB输入端连 接到航空插座
C极 B极
烧毁点
Pin7输出驱动管形貌
CAN总线数据传输端口电压击穿
烧毁点
Pin7输出驱动管上烧毁形貌
烧毁点
Pin6输出驱动管形貌
鉴相器(ADF4108BCPZ)失效； 排查: 发现产品测试时，用来测试锁定指示的插头 J30J-15ZKP没有用工装固定，导致插头上自带的高 温导线金属内导反向体击穿裸露端碰到仪器（电缆或者产品） 的金属部位。
电路设计缺陷
小 能 量 电 压 击 穿
电路设计缺陷
原
新
旧版DEL系统 485通讯电路
DEG系统485 通讯电路
新版DEL系统 485通讯电路
细节的问题
对MOV直接放电 放电电压＝50V
MOV上的电压 峰峰＝31.4V 最大＝19.0V
Vz=10V
结论： MOV不能释放 nS级的脉冲
细节的问题
DEG系统 通讯线上干扰（V1） 对485作用的等效电路
D3
R7
R8
R9
100K 100K
R10* 7.5K
S1M
51K/1210
D2
交流入～
D5 10A
接地
S1M D6
10A
C4 103/400V
Q2 C3 MMBT5551
电路设计缺陷
汽车尾灯亮度异常
27.2V
7.5V
12V 25mA
（270Ω：45mA）
（650mA）
低亮度时电流在通路（红色箭头）
5W-47Ω电阻器，三只串连，对电容器充 电，充电时每只电阻器承受250V脉冲电 压，脉冲功率为1330W。在产品试验时失 效，表现为开路或阻值增大。
端口长线保护
XCS30XL 浪涌试验失效
设计缺陷
端口长线保护
控制措施：
通信接口IC端口保护措施：
数据传输线最容易产生浪涌电压，传输线越长，出现浪涌 电压的机会越大。
浪涌电压通常来自雷击、传输线路感应、线路漏电等。 485之类的接口芯片，其数据端口自身通常已经安排了端口 保护网络，但其保护能力受到芯片面积的限制，往往需要外部 保护才能有效预防传输线的浪涌电压。 长线传输的IC端口外部（电路上）一定要加强浪涌电压的释 放能力。通常使用瞬变二极管释放浪涌能量。另外，传输线路 的屏蔽，以及采用专用的数据传输线可降低线路受外界干扰而 产生浪涌电压（脉冲电压）。并确保有良好的接地。
DEL V
旧版DEL系统 通讯线上干扰（V1） 对485作用的等效电路
对通新
讯版
48 线
5作 用 的 等
上 干 扰 （
系 统
效
电 路
1）
细节的问题
结论： 100Ω与MOV串联，30V、nS级的脉冲 在MOV上的电压为5.4V。（约1/6）
通过100Ω对MOV放电 放电电压＝30V 100 Ω上的电压波形（24.6V）
脉冲大电压
失效物理技术
在产品设计中的应用
李少平 工业和信息化部电子第五研究所
元器件可靠性研究分析中心
2013
电路设计缺陷
失效分析技术在产品设计中的应用
• 电路设计缺陷引起的失效 • 匹配不当引起的失效 • 参数分布引起的失效 • 长线传输保护不当引起的失效 • 热设计不当引起的失效 • 固有机理和固有薄弱的防护 • 环境适应性考虑 • 结构问题
失效I-V
正常I-V
鉴相器
击穿点
怀疑: 交流电源使用的插线板接地不良导致测试系统机壳带电; 模拟: 引出端的高温导线金属内导体和仪器（线缆或者产品）的 金属部位接触; 模拟结果: 观察到PLL电路输出射频信号立即失锁，鉴相器的锁 定指示输出端为相应的LVTTL低电平(失效)。 鉴相器失效表现: 与现场调试试验雷同.
R= 100 Ω
细节的问题
结论： L1Ω与MOV串联，80V、nS级的脉冲 在MOV上的电压为10.4V。（约1/8） 通过L1对MOV放电 放电电压＝80V MOV上的电压波形（10.4V）
电路设计缺陷
结论： 9通讯线容易发生电压串扰 9瞬态抑制二极管不能
有效释放nS级外部浪涌脉冲 9通讯线路上的阻抗匹配
1 慢启动时间过长，引起开关管开启时过功率 2 开关管在开启时处于放电状态，存在振荡
电路设计缺陷
汽车尾灯亮度异常 现象：
• 低亮度无故障
• “异常亮”在：高亮后发生、高亮后 重新启动高亮时发生（高亮过程总 不跳变至异常亮）
• 基极回路电阻470Ω变为270 Ω， 异常下降，甚至消除
• 异常时电流异常增大—— 250mA→1200mA
电阻（100Ω）应在正 确的位置，但。。。 9通讯线上串联的小电感可 有效滤除高频干扰
细节的问题
现场通讯线上的电压波形 9峰峰＝42.6V 9最大＝24.8V
•同一机柜中 •通讯线长≈60cm •柜。门均接地 •线槽无动力线
波形出现在关机与系统功能转换时 系统稳定工作状态无异常波形
输出偏差
失效VA对-VS 良品VA对-VS
进一步: 长线端口的保护问题!!
设计缺陷
端口长线保护
1＃ Pin102端口 现场可编程门阵列 XCS30XL －工程失效
P102端口网络过压击穿，击穿形成的短路通路导致端口金属化连线过电烧毁
设计缺陷
端口长线保护
端口长线保护
设计缺陷
端口长线保护
Pin102端口
2＃
XCS30XL－工程失效
击穿
设计缺陷