失效分析簡(jiǎn)介：

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

失效模式

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

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。

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7 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