失效分析是一門(mén)發(fā)展中的新興學(xué)科，近年開(kāi)始從軍工向普通企業(yè)普及，它一般根據(jù)失效模式和現(xiàn)象，通過(guò)分析和驗(yàn)證，模擬重現(xiàn)失效的現(xiàn)象，找出失效的原因，挖掘出失效的機(jī)理的活動(dòng)。在提高產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)開(kāi)發(fā)、改進(jìn)，產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。
失效分析流程
圖1 失效分析流程
各種材料失效分析檢測(cè)方法
1 PCB/PCBA失效分析
PCB作為各種元器件的載體與電路信號(hào)傳輸?shù)臉屑~已經(jīng)成為電子信息產(chǎn)品的最為重要而關(guān)鍵的部分，其質(zhì)量的好壞與可靠性水平?jīng)Q定了整機(jī)設(shè)備的質(zhì)量與可靠性。
圖2 PCB/PCBA
失效模爆板、分層、短路、起泡，焊接不良，腐蝕遷移等。
常用手段·
無(wú)損檢測(cè)：
外觀檢查，X射線透視檢測(cè)，三維CT檢測(cè)，C-SAM檢測(cè)，紅外熱成像
表面元素分析：
掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)
顯微紅外分析(FTIR)
俄歇電子能譜分析(AES)
X射線光電子能譜分析(XPS)
二次離子質(zhì)譜分析(TOF-SIMS)·
熱分析：·
差示掃描量熱法(DSC)
熱機(jī)械分析(TMA)
熱重分析(TGA)
動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)
導(dǎo)熱系數(shù)(穩(wěn)態(tài)熱流法、激光散射法)
電性能測(cè)試： ·
擊穿電壓、耐電壓、介電常數(shù)、電遷移·
破壞性能測(cè)試：
染色及滲透檢測(cè)
2 電子元器件失效分析
電子元器件技術(shù)的快速發(fā)展和可靠性的提高奠定了現(xiàn)代電子裝備的基礎(chǔ)，元器件可靠性工作的根本任務(wù)是提高元器件的可靠性。
圖3 電子元器件
失效模式
開(kāi)路，短路，漏電，功能失效，電參數(shù)漂移，非穩(wěn)定失效等
常用手段·
電測(cè)：連接性測(cè)試 電參數(shù)測(cè)試 功能測(cè)試
無(wú)損檢測(cè)：
開(kāi)封技術(shù)(機(jī)械開(kāi)封、化學(xué)開(kāi)封、激光開(kāi)封)
去鈍化層技術(shù)(化學(xué)腐蝕去鈍化層、等離子腐蝕去鈍化層、機(jī)械研磨去鈍化層)
微區(qū)分析技術(shù)(FIB、CP)
制樣技術(shù)：
開(kāi)封技術(shù)(機(jī)械開(kāi)封、化學(xué)開(kāi)封、激光開(kāi)封)
去鈍化層技術(shù)(化學(xué)腐蝕去鈍化層、等離子腐蝕去鈍化層、機(jī)械研磨去鈍化層)
微區(qū)分析技術(shù)(FIB、CP)
顯微形貌分析：
光學(xué)顯微分析技術(shù)
掃描電子顯微鏡二次電子像技術(shù)
表面元素分析：
掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)
俄歇電子能譜分析(AES)
X射線光電子能譜分析(XPS)
二次離子質(zhì)譜分析(SIMS)
無(wú)損分析技術(shù)：
X射線透視技術(shù)
三維透視技術(shù)
反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)(C-SAM)
3 金屬材料失效分析
隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，金屬制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技以及人們的生活各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，因此金屬材料的質(zhì)量應(yīng)更加值得關(guān)注。
圖4 船用柴油機(jī)曲軸齒輪
失效模式
設(shè)計(jì)不當(dāng)，材料缺陷，鑄造缺陷，焊接缺陷，熱處理缺陷
常用手段
金屬材料微觀組織分析：
金相分析
X射線相結(jié)構(gòu)分析
表面殘余應(yīng)力分析
金屬材料晶粒度·
成分分析：直讀光譜儀、X射線光電子能譜儀(XPS)、俄歇電子能譜儀(AES)等
物相分析：X射線衍射儀（XRD）
殘余應(yīng)力分析：x光應(yīng)力測(cè)定儀
機(jī)械性能分析：萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度試驗(yàn)機(jī)等
圖5 拉伸試驗(yàn)材料斷裂面掃描電鏡圖像
4 高分子材料失效分析
高分子材料技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是高性能化、高功能化、復(fù)合化、智能化和綠色化。因?yàn)榧夹g(shù)的全新要求和產(chǎn)品的高要求化，而需要通過(guò)失效分析手段查找其失效的根本原因及機(jī)理，來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量、工藝改進(jìn)及責(zé)任仲裁等方面。
圖6 免噴涂塑料
失效模式：
斷裂，開(kāi)裂，分層，腐蝕，起泡，涂層脫落，變色，磨損失效
常用手段：
成分分析：
傅里葉紅外光譜儀（FTIR）
顯微共焦拉曼光譜儀(Raman)
掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)
X射線熒光光譜分析(XRF)
氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)
裂解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(PGC-MS)
核磁共振分析(NMR)
俄歇電子能譜分析(AES)
X射線光電子能譜分析(XPS)
X射線衍射儀(XRD)
飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜分析(TOF-SIMS)
熱分析：
差示掃描量熱法(DSC)
熱機(jī)械分析(TMA)
熱重分析(TGA)
動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)
導(dǎo)熱系數(shù)(穩(wěn)態(tài)熱流法、激光散射法)·
裂解分析：
裂解氣相色譜-質(zhì)譜法
凝膠滲透色譜分析（GPC）
熔融指數(shù)測(cè)試（MFR）
斷口分析：
掃描電子顯微鏡（SEM），X射線能譜儀（EDS）等
物理性能分析：
硬度計(jì)，拉伸試驗(yàn)機(jī)， 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等
圖7 安捷倫裂解氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀
（5）復(fù)合材料失效分析
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料組合而成。具有比強(qiáng)度高，優(yōu)良的韌性，良好的環(huán)境抗力等優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。
失效模式
斷裂，變色失效，腐蝕，機(jī)械性能不足等
常用手段·
無(wú)損檢測(cè)：·
射線檢測(cè)技術(shù)（ X 射線、γ 射線、中子射線等），工業(yè)CT,康普頓背散射成像（CST）技術(shù)，超聲檢測(cè)技術(shù)（穿透法、脈沖反射法、串列法），紅外熱波檢測(cè)技術(shù)，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，渦流檢測(cè)技術(shù)，微波檢測(cè)技術(shù)，激光全息檢驗(yàn)法等。
圖8 工業(yè)CT檢測(cè)系統(tǒng)
成分分析：
X射線熒光光譜分析(XRF)等，參見(jiàn)高分子材料失效分析中成分分析。
熱分析：
重分析法（TG）、差示掃描量熱法(DSC)、靜態(tài)熱機(jī)械分析法(TMA)、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMTA)、動(dòng)態(tài)介電分析(DETA)
破壞性實(shí)驗(yàn)：
切片分析（金相切片、聚焦離子束（FIB）制樣、離子研磨（CP）制樣）
（6）涂層/鍍層失效分析
圖9 左IC分層失效 、右涂層樣品界面點(diǎn)腐蝕失效
失效模式
分層，開(kāi)裂，腐蝕，起泡，涂/鍍層脫落，變色失效等
常用手段
成分分析：
參見(jiàn)高分子材料失效分析
熱分析：
參見(jiàn)高分子材料失效分析
斷口分析：
體式顯微鏡（OM）
掃描電鏡分析（SEM）
物理性能：
拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等
模擬試驗(yàn)（必要時(shí)）
在同樣工況下進(jìn)行試驗(yàn)，或者在模擬工況下進(jìn)行試驗(yàn)。
分析結(jié)果提交
1) 提出失效性質(zhì)、失效原因
2) 提出預(yù)防措施（建議）
3) 提交失效分析報(bào)告
總結(jié)：失效分析是經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)的結(jié)合，失效分析工程師就如醫(yī)生，工藝設(shè)計(jì)之初要有預(yù)防對(duì)策；產(chǎn)品生產(chǎn)后，進(jìn)行體檢，找出其中的隱患，給出預(yù)防辦法去防止；失效發(fā)生后通過(guò)各種手段查找病因：驗(yàn)血，照X光，做B超等，根據(jù)檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是什么癥狀并對(duì)癥下藥，給出補(bǔ)救辦法。
目前國(guó)內(nèi)這方面做得比較欠缺，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、失效，各干各的。實(shí)際上，失效分析應(yīng)該參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，這樣才能從根本上避免產(chǎn)品失效。
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