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什么是失效分析？失效分析是一門發(fā)展中的新興學(xué)科，近年開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。失效分析在產(chǎn)品的可靠性質(zhì)量保證和提高中發(fā)揮著重要作用，在產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、使用中都需要引入失效分析工作。還在提高產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)開發(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。那么怎么做失效分析？以下幾種失效分析方法安利給大家。

失效分析的意義

1.失效分析是確定芯片失效機(jī)理的必要手段。

2.失效分析為有效的故障診斷提供了必要的信息。

3.失效分析為設(shè)計(jì)工程師不斷改進(jìn)或者修復(fù)芯片的設(shè)計(jì)，使之與設(shè)計(jì)規(guī)范更加吻合提供必要的反饋信息。

4.失效分析可以評估不同測試向量的有效性，為生產(chǎn)測試提供必要的補(bǔ)充，為驗(yàn)證測試流程優(yōu)化提供必要的信息基礎(chǔ)。

失效分析主要步驟和內(nèi)容

芯片開封：

去除IC封膠，同時保持芯片功能的完整無損，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受損傷，為下一步芯片失效分析實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

SEM 掃描電鏡/EDX成分分析：

包括材料結(jié)構(gòu)分析/缺陷觀察、元素組成常規(guī)微區(qū)分析、精確測量元器件尺寸等等。 探針測試：以微探針快捷方便地獲取IC內(nèi)部電信號。

鐳射切割：

以微激光束切斷線路或芯片上層特定區(qū)域。

EMMI偵測：

EMMI微光顯微鏡是一種效率極高的失效分錯析工具，提供高靈敏度非破壞性的故障定位方式，可偵測和定位非常微弱的發(fā)光（可見光及近紅外光），由此捕捉各種元件缺陷或異常所產(chǎn)生的漏電流可見光。

OBIRCH應(yīng)用（鐳射光束誘發(fā)阻抗值變化測試）：

OBIRCH常用于芯片內(nèi)部高阻抗及低阻抗分析，線路漏電路徑分析。利用OBIRCH方法，可以有效地對電路中缺陷定位，如線條中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻區(qū)等，也能有效的檢測短路或漏電,是發(fā)光顯微技術(shù)的有力補(bǔ)充。

LG液晶熱點(diǎn)偵測：

利用液晶感測到IC漏電處分子排列重組，在顯微鏡下呈現(xiàn)出不同于其它區(qū)域的斑狀影像，找尋在實(shí)際分析中困擾設(shè)計(jì)人員的漏電區(qū)域（超過10mA之故障點(diǎn)）。

定點(diǎn)/非定點(diǎn)芯片研磨：

移除植于液晶驅(qū)動芯片 Pad上的金凸塊， 保持Pad完好無損，以利后續(xù)分析或rebonding。

X-Ray 無損偵測：

檢測IC封裝中的各種缺陷如層剝離、爆裂、空洞以及打線的完整性，PCB制程中可能存在的缺陷如對齊不良或橋接，開路、短路或不正常連接的缺陷，封裝中的錫球完整性。

SAM (SAT)超聲波探傷：

可對IC封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行非破壞性檢測, 有效檢出因水氣或熱能所造成的各種破壞如：o晶元面脫層，o錫球、晶元或填膠中的裂縫，o封裝材料內(nèi)部的氣孔，o各種孔洞如晶元接合面、錫球、填膠等處的孔洞。

失效分析流程

各種材料失效分析檢測方法

No.1

PCB/PCBA失效分析

PCB作為各種元器件的載體與電路信號傳輸?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。

失效模式

爆板、分層、短路、起泡，焊接不良，腐蝕遷移等。　

常用手段

（1）無損檢測：

外觀檢查，X射線透視檢測，三維CT檢測，C-SAM檢測，紅外熱成像

（2）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)

（3）熱分析：

差示掃描量熱法(DSC)

熱機(jī)械分析(TMA)

熱重分析(TGA)

動態(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)

（4）電性能測試：

擊穿電壓、耐電壓、介電常數(shù)、電遷移

（5）破壞性能測試：

染色及滲透檢測

No.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。

失效模式

開路，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

（1）電測：

連接性測試 電參數(shù)測試 功能測試

（2）無損檢測：

開封技術(shù)(機(jī)械開封、化學(xué)開封、激光開封)

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)

（3）制樣技術(shù)：

開封技術(shù)(機(jī)械開封、化學(xué)開封、激光開封)

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)

（4）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)

（5）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)

（6）無損分析技術(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)

No.3

金屬材料失效分析

隨著社會的進(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領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛，因此金屬材料的質(zhì)量應(yīng)更加值得關(guān)注。

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

（1）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

（2）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

（3）物相分析：

X射線衍射儀（XRD）

（4）殘余應(yīng)力分析：

x光應(yīng)力測定儀

（5）機(jī)械性能分析：

萬能試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度試驗(yàn)機(jī)等

No.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，而需要通過失效分析手段查找其失效的根本原因及機(jī)理，來提高產(chǎn)品質(zhì)量、工藝改進(jìn)及責(zé)任仲裁等方面。

失效模式

斷裂，開裂，分層，腐蝕，起泡，涂層脫落，變色，磨損失效

常用手段

（1）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)

飛行時間二次離子質(zhì)譜分析(TOF-SIMS)

（2）熱分析：

差示掃描量熱法(DSC)

熱機(jī)械分析(TMA)

熱重分析(TGA)

動態(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)

（3）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)測試（MFR）

（4）斷口分析：

掃描電子顯微鏡（SEM），X射線能譜儀（EDS）等

（5）物理性能分析：

硬度計(jì)，拉伸試驗(yàn)機(jī)， 萬能試驗(yàn)機(jī)等

No.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

（1）無損檢測：

射線檢測技術(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)，超聲檢測技術(shù)（穿透法、脈沖反射法、串列法），紅外熱波檢測技術(shù)，聲發(fā)射檢測技術(shù)，渦流檢測技術(shù)，微波檢測技術(shù)，激光全息檢驗(yàn)法等。

（2）成分分析：

X射線熒光光譜分析(XRF)等，參見高分子材料失效分析中成分分析。

（3）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)、動態(tài)熱機(jī)械分析(DMTA)、動態(tài)介電分析(DETA)

（4）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）

No.6

涂層/鍍層失效分析

失效模式

分層，開裂，腐蝕，起泡，涂/鍍層脫落，變色失效等

常用手段

（1）成分分析：

參見高分子材料失效分析

（2）熱分析：

參見高分子材料失效分析

（3）斷口分析：

體式顯微鏡（OM）

掃描電鏡分析（SEM）

（4）物理性能：

拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等

（5）模擬試驗(yàn)（必要時）

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) 提交失效分析報告

失效分析的意義:

　產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線。提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長零部件的使用壽命，是企業(yè)的立足之本。

零件失效分析意義：

1.減少和預(yù)防同類機(jī)械零件的失效現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生，保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品競爭力。

2.分析機(jī)械零件失效原因，為事故責(zé)任認(rèn)定、偵破刑事犯罪案件、裁定賠償責(zé)任、保險業(yè)務(wù)、修改產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等提供科學(xué)依據(jù)。

3.為企業(yè)技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造提供信息，增加企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)含量，從而獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。