各类电子元器件失效机理分析
电阻器失效模式与机理
失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。
失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。
1、电阻器的主要失效模式与失效机理为
1)开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。
2)阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。
3)引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。
4)短路：银的迁移，电晕放电。
2、失效模式占失效总比例表
(1)线绕电阻
失效模式开路占失效总比例
90%
(6)体内缺陷
半导体器件体内存在缺陷也可引起器件的结特性变差而失效，但这种失效形式并不多见，而经常出现的是体内缺陷引起器件二次击穿耐量和门锁阔值电压降低而造成烧毁。
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各类材料失效分析方法 Via 常州精密钢管博客 失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。 失效分析流程 图1 失效分析流程 各种材料失效分析检测方法 1 PCB/PCBA失效分析 PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
图2 PCB/PCBA 失效模爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。 常用手段· 无损检测： 外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM检测，红外热成像表面元素分析： 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 显微红外分析(FTIR) 俄歇电子能谱分析(AES) X射线光电子能谱分析(X PS) 二次离子质谱分析(TOF-SIMS)· 热分析：· 差示扫描量热法(DSC) 热机械分析(TMA) 热重分析(TGA) 动态热机械分析(DMA) 导热系数(稳态热流法、激光散射法) 电性能测试： · 击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移· 破坏性能测试： 染色及渗透检测
2 电子元器件失效分析 电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础，元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。 图3 电子元器件 失效模式 开路，短路，漏电，功能失效，电参数漂移，非稳定失效等 常用手段· 电测：连接性测试电参数测试功能测试 无损检测： 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 制样技术： 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 显微形貌分析： 光学显微分析技术 扫描电子显微镜二次电子像技术 表面元素分析： 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 俄歇电子能谱分析(AES)
典型电子元器件失效分析方法 纵观当今电子信息技术发展状况，自进入二十世纪后期以来发展尤为猛烈，而电子元器件作为发展电子信息技术的基础，一直扮演着十分重要的角色。于是，了解电子元器件失效分析是人们一直关心的问题，那么这次华强北IC代购网就为大家简要的介绍几种典型电子元器件失效分析方法。 1、微分析法 (1)肉眼观察是微分析技术的第一步，对电子元器件进行形貌观察、线系及其定位失准等，必要时还可以借助仪器，例如：扫描电镜和透射电子显微镜等进行观察； (2)其次，我们需要了解电子元器件制作所用的材料、成分的深度分布等信息。而AES、SIMS和XPS仪器都能帮助我们更好的了解以上信息。不过，在作AES测试时，电子束的焦斑要小，才能得到更高的横向分辨率； (3)最后，了解电子元器件衬底的晶体取向，探测薄膜是单晶还是多晶等对其结构进行分析是一个很重要的方面，这些信息主要由XRD结构探测仪来获取。 2、光学显微镜分析法 进行光辐射显微分析技术的仪器主要有立体显微镜和金相显微镜。将其两者的技术特点结合使用，便可观测到器件的外观、以及失效部位的表面形状、结构、组织、尺寸等。亦可用来检测芯片击穿和烧毁的现象。此外我们还可以借助具有可提供明场、暗场、微干涉相衬和偏振等观察手段的显微镜辅助装置，以适应各种电子元器件失效分析的需要。 3、红外显微分析法
与金相显微镜的结构相似，不同的是红外显微镜是利用近红外光源，并采用红外变像管成像，利用此工作原理不用对芯片进行剖切也能观察到芯片内部的缺陷及焊接情况。 红外显微分析法是针对微小面积的电子元器件，在对不影响器件电学特性和工作情况下，利用红外显微技术进行高精度非接触测温方法，对电子元器件失效分析都具有重要的意义。 4、声学显微镜分析法 电子元器件主要是由金属、陶瓷和塑料等材料制成的，因此声学显微镜分析法就是基于超声波可在以上这些均质传播的特点，进行电子元器件失效分析。此外，声学显微镜分析法最大的特点就是，能观察到光学显微镜无法看到的电子元器件内部情况并且能提供高衬度的检测图像。 以上是几种比较常见的典型电子元器件失效分析方法，电子元器件失效一直都是历久弥新的话题，而对电子元器件失效分析是确定其失效模式和失效机理的有效途径之一，对电子元器件的发展具有重要的意义。
作业：（8）航空发动机涡轮盘-叶片结构 ◆材料为镍基高温合金，为什么？ ◆服役环境的要素有哪些？ ◆有可能发生的失效类型是什么？ ◆如何设计实验确定失效的类型？ ◆改进的建议和措施 一．涡轮叶片的材料 涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键。所以对涡轮叶片材料就有更高的要求。 涡轮叶片的材料一般选择镍基高温合金。镍基合金就是以镍为基础，加入其他的金属，比如钨、钴、钛、铁等金属，做成以镍为基础的合金。有的镍基高温合金含镍量达到70%左右，其次Cr含量也比较高。其性能主要有： 1.物理性能。具有较高的熔点和弹性模量；各温度下均有较低的热膨胀系数，且随温度变化不大；没有磁性。 2.耐腐蚀性。镍基合金由于含Cr，在氧化性的腐蚀环境中的耐腐蚀性优于纯镍。同时，由于Ni含量高，在还原性腐蚀环境下也能维持良好的耐腐蚀性能。还具有良好的耐应力腐蚀开裂性能，也能抵抗氨气和渗氮、渗碳气氛。 3.机械性能。镍基高温合金在零下、室温及高温时都具有很好的机械性能。 4.高温特性。高温下耐氧化性极佳，对氮、氢以及渗碳也具有极佳的耐受性。 5.热处理及加工、焊接性。高温镍基合金不能通过热处理进行失效硬化，但可以进行固溶热处理和退火处理等。高温镍基合金比较容易进行热加工，冷加工性能比奥氏体不锈钢好。焊接性能与标准奥氏体钢一样，可采用TIG焊接、MIG焊接以及手工电弧焊。 总的来说，镍基合金具有优良的热强热硬性能、热稳定性能及热疲劳性能，可以承受复杂应力，组织稳定，有害相少，高温时抗氧化热腐蚀性好，蠕变特性出色，能够在相当苛刻的高温环境下进行服役。所以涡轮叶片的材料选择高温镍基合金。 二.涡轮叶片的服役环境 涡轮处于燃烧室后面的一个高温部件，而涡轮叶片处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位，即涡轮叶片的服役环境特别的复杂与恶劣。总得来说，涡轮叶片服役环境的要素主要有： 1.不均匀的高温条件下工作。涡轮处于燃烧室后面的一个高温部件，涡轮工作叶片的工作温度大约在720℃～1120℃，其在工作时已达到红热状态，并且其温度场不均匀，随着飞行状态的变化而承受不同的温度，而且还存在高温氧化，这些都使得涡轮叶片的服役环境非常恶劣。 2.高转速条件下工作。涡轮发动机靠涡轮叶片快速旋转将燃气压缩排出，装化为机械能，为航天器提供动力。 3.高应力和复杂应力条件下工作。涡轮工作叶片承受很大的离心力及其弯矩，还要承受燃气施加的很高的弯曲载荷、热应力，还有振动应力和气动力等复杂的应力作用。 4.受到燃气高频脉动及燃气腐蚀的影响。涡轮工作叶片直接接触高温高压燃气，燃烧产生的燃气含有大量的Na，V，S等热腐蚀性元素，使得涡轮工作叶片的工作环境更为苛刻。 三．可能发生的失效类型 根据涡轮叶片的服役环境，可以推断出涡轮叶片的失效方式大概分为正常失效和非正常失效两种。 1.正常失效中的叶片损伤包括由磨损、掉块、内裂等构成的表观损伤和内部冶金组织损伤两类。其中，内部冶金组织损伤是指叶片在低于规定使用温度和应力的服役环境下发生的诸如γ＇相粗化，晶界及晶界碳化物形貌的变化，脆性相生成等显微组织的变化。导致的主要失效形式是蠕变失效，但同时还有高温腐蚀、热疲劳和低周疲劳及其交互作用等。蠕变损伤主要表现为蠕变孔洞和蠕变裂纹的产生。 大多数涡轮叶片的失效方式为正常失效方式，即蠕变失效、蠕变－疲劳交互作用导致的失效和腐蚀失效。 2.非正常失效是由于叶片设计不当、制备缺陷或人员操作不当引起的失效行为，主要表现为高周疲劳、超温服役引起的过热甚至过烧等失效形式。 总的来说，涡轮叶片可能的失效类型主要为：疲劳失效、蠕变失效和过载断裂等。 四．设计实验确定失效的类型 1.疲劳失效。金属零件再使用中发生的疲劳断裂具有突发性、高度局部性及对各种缺陷的敏感性等特点；引起疲劳断裂的应力一般很低，端口上经常可观察到特殊的、反映断裂各阶段宏观及微观过程的特殊花样。典型的疲劳端口的宏观形貌结构可分为疲劳核心、疲劳源区、疲劳裂纹的选择发展区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五个区域。 2.蠕变失效。蠕变断裂是材料在恒定应力（应力水平低于材料的断裂强度）作用下应变时间逐渐增加，最后发生断裂。明显的塑性变形是蠕变断裂的主要特征，在端口附近产生许多裂纹，使断裂件的表面呈现龟裂现象。
元器件的失效模式总结 Beverly Chen 2016-2-4 一、失效分析的意义 失效分析（Failure Analysis）的意义在于通过对已失效器件进行事后检查，确定失效模式，找出失效机理，确定失效的原因或相互关系，在产品设计或生产工艺等方面进行纠正以消除失效的再次发生。 一般的失效原因如下： 二、失效分析的步骤 失效分析的步骤要遵循先无损，后有损的方法来一步步验证。比如先进行外观检查，再进行相关仪器的内部探查，然后再进行电气测试，最后才可以进行破坏性拆解分析。这样可以避免破坏性的拆解破坏证据。拿到失效样品，首先从外观检查开始。 1. 外观检查：收到失效样品后，首先拍照，记录器件表面Marking信息，观察器件颜色外观等有何异常。 2.根据器件类型开始分析：
2.1贴片电阻，电流采样电阻 A: 外观检查，顶面覆盖保护层有针状圆形鼓起或黑色击穿孔->内部电阻层烧坏可能->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁可能->可能原因：过电压或过电流烧毁—>检查改电阻的稳态功率/电压或者瞬时功率/电压是否已超出spec要求。 Coating 鼓起并开裂黑色击穿点 ●可失效样品寄给供应商做开盖分析，查看供应商失效报告：如发现烧毁位置位于激光切 割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑调整应用电路，降低电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 激光切割线 去除coating保护层后，可以看到烧毁位置位于激光切割线旁边，该位置电应力最集中。 B: 外观检查，顶面底面均无异常->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁或者电极因硫化断开或阻抗增大->检查改电阻的稳态功率或者瞬时功率是否已超出spec要求，如有可能是过电压或过功率烧毁；应力分析在范围内，考虑硫化->失效样品寄给供应商分析。查看供应商失效报告： ●如发现烧毁位置位于激光切割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑降低应用电 路中的电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 ●如果测试发现保护层附近电极硫元素含量高且电极沿保护层边缘发生断裂情况，可确认 是应用中硫化物污染导致银电极被硫化生成AgS而断开需确认应用环境是否硫含量比较高。如果有必要，更换为抗硫化电阻。
电子元器件失效性分析与应用 赵春平公安部第一研究所 摘要： 警用装备作为国内特种装备制造业之一，其可靠性、精确性要求非一般企业及产品所能满足，因其关系到现场使用者及人民的生命财产安全，故设备选材更是严之又严。电子元器件作为警用电子系统的基础及核心部件，它的失效及潜在缺陷都将对装备的可靠性产生重要影响；电子器件失效分析的目的是通过确定失效模式和失效机理，提出对策、采取措施，防止问题出现，失效分析对于查明元器件的失效原因并及时向设计者反馈信息是必须的。随着警用装备制造水平的不断进步，元器件的可靠性问题越来越受到重视，设备研制单位和器件生产厂家对失效分析技术及工程实践经验的需求也越来越迫切。 关键词：警用装备、可靠性、失效模式、失效机理。 一、失效分析的基本内容，定义和意义 1．1失效分析的基本内容 电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序认定器件的失效现象，判断其失效模式和机理，从而确定失效原因，对后续设计提出建议，在生产过程中改进生产工艺，器件使用者在系统设计时改进电路设计，并对整机提出相应测试要求、完成测试。因此，失效分析对元器件的研制速度、整机的可靠性有着重要意义。 1.2失效的分类 在实际使用中，可以根据需要对失效做适当分类：按模式分为：开路、短路、无功能、特性退化、重测合格；按原因分为：误用失效、本质失效、早起失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按程度分为：完全失效、局部失效、按时间分为：突然失效、渐变失效、退化失效；按外部表现分为：明显失效、隐蔽失效等。 二、失效的机理、模式 2.1失效的机理 由于电子器件的失效主要来自于产品制造、实验、运输、存储、使用等一系列过程中发生的情况，与材料、设计、制造、使用密切相关。且电子元器件种类繁多，故失效机理也很多，失效机理是器件失效的实质原因，在此说明器件是如何失效，相当于器件失效的物理和化学过程，从而表现出来性能、性质（如腐蚀、疲劳、过应力等）。元器件主要失效机 理有： 2.1.1过应力（EOS）： 指元器件承受的电流、电压应力或功率超过了其允许的最大范围。 2.1.2静电损伤（ESD） 指电子器件在加工生产、组装、贮存、运输中与可能带静电的容器、测试及操作人员接触，所带经典经过器件引脚放电到地面，使器件收到损伤或失效。
FMEA（失效模式与影响分析） Failure Mode and Effects Analysis 潜在失效模式与后果分析 在设计和制造产品时，通常有三道控制缺陷的防线：避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。FMEA正是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有效工具。 FMEA是一种可靠性设计的重要方法。它实际上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一，它是一个“事前的行为”，而不是“事后的行为”。为达到最佳效益，FMEA必须在故障模式被纳入产品之前进行。 FMEA实际是一组系列化的活动，其过程包括：找出产品/过程中潜在的故障模式；根据相应的评价体系对找出的潜在故障模式进行风险量化评估；列出故障起因/机理，寻找预防或改进措施。 由于产品故障可能与设计、制造过程、使用、承包商/供应商以及服务有关，因此FMEA又细分为设计FMEA、过程FMEA、使用FMEA和服务FMEA四类。其中设计FMEA和过程FMEA最为常用。 设计FMEA（也记为d-FMEA）应在一个设计概念形成之时或之前开始，并且在产品开发各阶段中，当设计有变化或得到其他信息时及时不断地修改，并在图样加工完成之前结束。其评价与分析的对象是最终的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。需要注意的是，d-FMEA在体现设计意图的同时还应保证制造或装配能够实现设计意图。因此，虽然d-FMEA不是靠过程控制来克服设计中的缺陷，但其可以考虑制造/装配过程中技术的/客观的限制，从而为过程控制提供了良好的基础。进行d-FMEA有助于： ·设计要求与设计方案的相互权衡； ·制造与装配要求的最初设计； ·提高在设计/开发过程中考虑潜在故障模式及其对系统和产品影响的可能性； ·为制定全面、有效的设计试验计划和开发项目提供更多的信息； ·建立一套改进设计和开发试验的优先控制系统； ·为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考。 过程FMEA（也记为p-FMEA）应在生产工装准备之前、在过程可行性分析阶段或之前开始，而且要考虑从单个零件到总成的所有制造过程。其评价与分析的对象是所有新的部件/过程、更改过的部件/过程及应用或环境有变化的原有部件/过程。需要注意的是，虽然p-FMEA不是靠改变产品设计来克服过程缺陷，但它要考虑与计划的装配过程有关的产品设计特性参数，以便最大限度地保证产品满足用户的要求和期望。 p-FMEA一般包括下述内容： ·确定与产品相关的过程潜在故障模式； ·评价故障对用户的潜在影响； ·确定潜在制造或装配过程的故障起因，确定减少故障发生或找出故障条件的过程控制变量； ·编制潜在故障模式分级表，建立纠正措施的优选体系； ·将制造或装配过程文件化。 FMEA技术的应用发展十分迅速。50年代初，美国第一次将FMEA思想用于一种战斗机操作系统的设计分析，到了60年代中期，FMEA技术正式用于航天工业（Apollo计划）。1976年，美国国防部颁布了FMEA的军用标准，但仅限于设计方面。70年代末，FMEA技术开始进入汽车工业和医疗设备工业。80年代初，进入微电子工业。80年代中期，汽车工业开始应用过程FMEA确认其制造过程。到了1988年，美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统的设计及分析都必须使用FMEA。1991年，ISO-9000推荐使用FMEA提高产
材料失效分析复习大纲 一、材料失效分析总论 1、失效定义：指产品(构件)因微观结构和外观形态发生变化而不能满意地达到规定的功能。 2、失效的微观结构：原子的电子结构、原子间相互作用、原子团三维分布、显微组织形态。 3、失效的外观形态：局部腐蚀、局部磨损、过度变形、表面异物。 4、失效分析的内容（5项）：判定失效模式、界定失效缺陷、鉴定失效机理、确定失效起因、提出解决对策 5、失效的五种模式：断裂、腐蚀、磨损、畸变、衰减。 6、失效机理：是致使构件失效所发生的物理、化学的变化过程，即失效的微观机制。比如：腐蚀模式下的电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶界腐蚀、点蚀等。 7、失效的影响因素：材料选用不适、结构设计欠妥、制造质量一般、安装方式不当、检测方法常规、组织性能劣化、维护过程疏漏、人员操作有误、工况介质复杂、外部环境变化、失效机理不明、防护措施简单、理制度不严（注意：考试时不要求全部列出，写出几种因素即可） 8、失效分析的八个方面：设计、材料、制造、安装、检验、操作、维护、环境。 9、失效分析的主要步骤： (1)现场检查：运行史、工艺流程、图纸核对、取样等； (2)外观检测：断口(缺陷)宏观形态及异物等观察与分析； (3)微观分析：断口(缺陷)的微观形貌观察与成分测定； (4)性能检验：材料力学、物理、化学等性能的试验评定； (5)环境评估：工况介质、异物等测试与评价； (6)模拟试验：失效现象的再现和验证（按需进行）； (7)事故结论：分析结果必须快速、正确； (8)解决对策：治理方案应该简单、有效。 10、失效分析工作者应有的素质： (1) 品德高于技术：实事求是，客观公正，敬业负责； (2) 调查重于理论：深入现场，观察迹象，寻找旁证； (3) 宏微观相结合：宏观是表象,微观是本质,分析要精准； (4) 综合知识并重：勤学多问，理论与实践相结合； (5) 团队合作至上：个人知识有限，集体力量无限； (6) 系统完整严密：前后一致，因果一致，推论可信； (7) 快速正确有效：分析快速，结论正确，实施有效。 二、金属的断裂 1、脆性断裂特点：①断裂时承受的工作应力很低，一般低于σ0.2；②裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始；③T↓，脆断倾向↑；④断口平齐、光亮，且与正应力垂直，断口上常呈人字纹或放射性花样。 2、断裂路径 ①沿晶断裂：裂纹萌生和发展是在晶界处发生的过程。多为脆断（氢脆断裂），少数为韧性断裂（高温蠕变断裂）。 ②穿晶断裂：裂纹萌生和发展是在晶粒内部处发生的过程。可以是韧性的（微孔聚集型断裂），也可以是脆性的（解理断裂、穿晶应力腐蚀断裂）。 3、解理断裂定义：这是一种在正应力作用下所产生的穿晶断裂，通常断裂面是严格沿一定的晶面（解理面）而分离。注意：通常解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂。
《电子器件失效分析及可靠应用》-----学习心得 通过8月5日、6日两天的学习培训，结合我司的实际情况，总结以下几点学习体会。 一、电子器件失效的理念。 失效分析并不等同于维修，一般大公司的失效分析部包括物料的认证、生产问题的解决、硬件管理和设计评审，所以产品的失效包含很广的领域，并不是单纯的维修不良品。 二、失效分析的意义 失效分析是打开可靠性工程大门的钥匙。失效分析可以解决生产即时存在的问题，也为后续产品可靠性打下良好的基础，创造明显的价值。 三、电子器件失效的分类和控制 1、ESD控制 ESD失效的四个特征 隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3KV。 潜在性：损伤后性能没有明显的下降，往往是在产品到用户手里半年以上才发生问题。 随机性：从一个元件产生以后，一直到它失效以前的所有过程。 复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原因 结合我司的生产，首先应保证生产仪器的良好接地，工作台面的接地，特别是烙铁和测试仪器的接地，再就是防止人体放电，正确配戴静电
手环。 举例：LED不允许插在泡沫上，因泡沫上的静电可达1000V以上，而LED要求静电等级红光、绿光大概在500-1000V,蓝光大概为100-300V.根据这一实例，对于我司的IC供应商，我们可以要求其出具IC规格书中的一个静电等级，以便于有效判断IC失效是否为静电损伤的可能性。最后，最好能在生产线配一个静电测试仪。 2、MSD的控制 器件的潮湿敏感等级分为1-6级，当大于3级(即只允许暴露168H)时，必须要经过烘烤后使用; 当大于5级或5A级（即只允许暴露24-48H）以上时，建议不使用,否则就会出现“爆米花”效应（即当电子零件吸入湿汽时，由于外表温度的急剧升高，就会导致元件的外封装出现裂纹）。 结合我司，以后在电子来料检验时，注意供应商来料的暴露期限等级。在零件加工及成品生产的全过程注意防潮，注意关窗，成品任何时候不允许直接放在地面上，必须加隔板，避免靠墙堆放。 3、DFM，即可生产性设计 根据新产品的特点，对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，可生产性等进行审核。提出改进建议，并确定工艺难点。在PCB投板之前就预计到可能产生的工艺问题，提前消除可生产性设计缺陷对产品造成的影响。 举例：0805以下的表贴器件，在过波峰时会出现器件的“立碑”现象，即表贴件在焊盘上立起来。造成这种现象的主要原因就是设计时
潜在失效后分析报告 1.目的 通过分析、预测设计、系统中潜在的失效，研究失效的原因及其后果，并采取必要的预防措施，避免或减少这些潜在的失效，从而提高产品、过程的可靠性。 2.适用范围 适用于公司设计的某型火箭发射器VR实体仿真训练系统 4.工作程序 4.1 设计项目的开发实施 4.1.1 项目实施的时机 4.1.1.1 按计划进行实施。 4.1.1.2 在出现下列情况时，应在技术零件图纸设计之前进行DFMEA活动： ① 开发新产品/产品更改； ② 产品应用的环境发生变化； ③ 材料或零部件发生变化。 4.1.2 DFMEA（设计失效后果分析）实施前的准备工作 ①在DFMEA（设计FMEA（失效模式影响分析））活动实施前，应制定出《DFMEA 潜在失效后果严重程度（S）评价标准》、《DFMEA潜在失效模式发生概率（O）评价标准》、《DFMEA潜在失效模式发现难度（D）评价标准》。 在产品有了改进或产品使用环境发生变化时，应根据需要适时修订以上标准。 4.1.3 DFMEA实施的步骤 ① 定义产品。 由产品研发部编写《产品标准》，确定产品的要求，包括产品的功能、用途、性能、使用条件等。 ② 划分功能块。 DFMEA按产品的功能，将产品逐级分解，直到最基本的零件、构件。
一般根据分析目的，可仅将产品分解到某一水平。根据分解结果绘制出产品功能逻辑框。 分解时应注意分析的范围和分析的级别。对故障出现频率低、影响小的零部件以及有使用经验表明效果好的零部件不必进行FMEA分析；DFMEA分析的重点是新的零部件或对性能影响大的零部件。 ③ 列举各功能块所有失效模式、起因和潜在失效后果。 失效模式应与该功能块所在级别相适应。 在最低的分析级上，列出该级各单元（单元指：元件、部件或系统）所有可能出现的各种失效模式，以及每种失效模式发生的起因、对应的潜在失效后果。在一个更高功能级上考虑潜在失效后果时，前述失效后果又被解释为一个失效模式。连续迭代直至系统最高功能级上的失效后果。 ④ 进行风险分析。 按失效影响的严重程度（严重度S）、发生的频繁程度（频度O）、发现的难易程度（发现难度D）估计风险顺序数。 严重度S、频度O、发现难度D均利用数字1到10来判断其程度高低（参见《DFMEA潜在失效后果严重程度（S）评价标准》、《DFMEA潜在失效模式发生概率（O）评价标准》、《DFMEA潜在失效模式发现难度（D）评价标准》）。 各项数字的连乘积称为风险顺序数RPN。 RPN=S×O×D 风险顺序数RPN越高，表示风险越大。 ⑤ 制定控制措施。 对风险顺序数RPN≥100或严重程度S≥8的项目，DFMEA 应制定出控制措施。 ⑥ 控制措施的跟踪管理。 DFMEA 对DFMEA分析中提出的控制措施进行跟踪并对其效果进行评审。 评审认为效果不理想时，应制定新的控制措施。评审认为有效的方法，DFMEA 应将它们纳入到文件中。 以“潜在失效后分析报告（DFMEA）”的形式汇总分析和实施的结果，并将结果上报。 11 潜在失效模式。
常见的电子元器件失效机理与分析 电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。 硬件工程师调试爆炸现场 所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。 电阻器失效 失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 电阻器的失效模式与机理 ?开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。 ?阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。?引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。 ?短路：银的迁移，电晕放电。 失效模式占失效总比例表 ?线绕电阻： ?非线绕电阻：
失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 ?导电材料的结构变化： 薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃，寿命缩短一
失效分析简介 失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。 失效分析流程 图1 失效分析流程 各种材料失效分析检测方法 1 PCB/PCBA失效分析
PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。 图2 PCB/PCBA 失效模式 爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。 常用手段 无损检测：外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM检测，红外热成像表面元素分析：扫描电镜及能谱分析（SEM/EDS）显微红外分析（FTIR）俄歇电子能谱分析（AES）X射线光电子能谱分析（XPS）二次离子质谱分析（TOF-SIMS）
热分析：差示扫描量热法（DSC）热机械分析（TMA）热重分析（TGA）动态热机械分析（DMA）导热系数（稳态热流法、激光散射法）电性能测试：击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移破坏性能测试：染色及渗透检测 2 电子元器件失效分析 电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础，元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。 图3 电子元器件 失效模式 开路，短路，漏电，功能失效，电参数漂移，非稳定失效等 常用手段 电测：连接性测试电参数测试功能测试无损检测：开封技术（机械开封、化学开封、激光开封）去钝化层技术（化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层）微区分析技术（FIB、CP）制样技术：开封技术（机械开封、化学开封、激光开封）去钝化层技术（化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层）微区分析技术（FIB、CP）显微形貌分析：光学显微分析技术扫描电子显微镜二次电子像技术表面元素分析：扫描电镜及能谱分析（SEM/EDS）俄歇电子能谱分析（AES）X射线光电子能谱分析（XPS）二次离子质谱分析（SIMS）无损分析技术：X射线透视技术三维透视技术反射式扫描声学显微技术（C-SAM）3 金属材料失效分析 随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业、科技以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，因此金属材料的质量应更加值得关注。
案例一： 1 产品名称：单片机 MD87C51/B 2 商标：Intel 3 分析依据：MIL-STD-883E 微电子器件试验方法和程序微电路的失效分析程序 MIL-STD-883E 方法2010 内部目检（单片电路） 4 样品数量及编号：失效样品1＃～6＃，良品7＃～12＃ 5 样品概述及失效背景：MD87C51/B 是一高速CMOS 单片机。委托方一共提供四种批次的此类样品。1＃、5＃、10＃、11＃、12＃属9724 批次，其中1＃样品已做过二次筛选和环境应力试验，是在整机测试过程中失效，5＃样品在第一次通电工作不正常，须断电后重新通电可以正常工作，10＃～12＃样品是良品；2＃、3＃、4＃样品属9731 批次，这三个样品在第一次上机时便无法写入程序，多次长时间擦除，内容显示为空，但仍不能写入；6＃样品属9931 批次，失效情况同5＃样品；7＃～9＃样品属9713 批次，为良品。 6 分析仪器 序号仪器、设备名称型号编号 1 立体显微镜LEICA ZM6 011701145 2 金相显微镜OPTIPHOT200 011701120 3 图示仪TYPE576 B349533 仪4 数字式示波器TDS3012 B018857 5 内部气氛分析仪IVA110S 011701141 器 设 6 静电放电测试系统ZAPMASTER7/2 470501389 备 7 等离子刻蚀仪ES 371 011701174 8 程控直流电源Agilent 6633B 660105754 9 波形发生器AFG320 610106387 10 电子扫描电镜（S E M）XL－30FEG 011701122 11 串行编程器Superpro/580 730103920 7 分析过程 1）样品外观分析：1＃～6＃进行外目检均未发生异常； 2）编程器读写试验：能对坏品进行内部程序存储器读取，但无法完成写操作，良品读写操作均正常； 3）内部水汽含量测试：应委托方要求，8＃与12＃样品进行内部水汽含量测试，结果符合要求；
轴承常见失效模式及对策分析 【摘要】轴承是精密的机械基础件。由于科技进步的迅速发展，客户对轴承产品质量的要求越来越高。制造厂提供符合标准、满足主机使用性能的高质量的产品固然重要，但正确使用轴承更为重要。许多情况的轴承检测是合格的，但装机后轴承出现卡滞或使用时的早期止转失效。主要表现转动卡滞感、工作面严重剥落，保持架严重磨损乃至扭曲与断裂。经失效结果分析表明，属于轴承本身质量问题并不多，多数是由于安装使用不当所造成。为此，我认为有必要就轴承常见的失效模式与机理作些肤浅的综述，以期起到一个抛砖引玉的作用。 【关键词】：轴承失效 一、轴承的失效机理 1．接触疲劳失效 接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。 2．磨损失效 磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能影响到润滑剂或使其污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。 磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦
２００６年１月 第１卷第１期 失效分析与预防创刊号电子元器件失效分析及技术发展 恩云飞，罗宏伟，来萍 （元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室，广州５１０６１０） ［关键词］元器件；集成电路；失效分析 ［摘要】本文以集成电路为代表介绍了元器件失效分析方法、流程、技术及发展，失效分析是元器件质量、可靠性保证的 重要环节，随着元器件设计与制造技术的提高以及失效分析技术及分析工具水平的提高，对元器件失效模式及失效机理的 认识逐步加深，失效分析工作将发挥更大的作用。 ［中图分类号］７烈０［文献标识码】Ａ ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎＣｏｍｐｏｎｅｎｔＦａｉｌｕｒｅ加１ａｌｙｓｉｓ ＥＮＹｕｎ—ｆｅｉ，ＬＵＯＨｏｎｇ－ｗｅｉ，ＬＡＩＰｉｎｇ （舭砌ｎ４比６Ｄ砌叮如ｒ删嘶确筘如＆却彬咄面忆‰妞ｙ，国口ｎｇｚｂｕ５１０６１０，吼抛） Ｋｅｙｗｏ“ｋ：ｃｏｒｒｌｐｏｎｅｍ；ｉｎｔｅ黜ｄｃｉｎ面ｔ；ｆａｉｌｕｒｅａｎ由ｓｉｓ Ａｌ玲恻：蹦ｌｕｒｅａＩｌａｌｙｓｉｓｍｅ山０ｄ，ｎｏｗ粕ｄｔｅｃｌｌＴｌｏｌｏｇ）ｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ“ｎⅡＤｄｕｃｅｄｉｎｔｅｎＩｌｓｏｆｉｍｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｆ灿ｒｅ锄ａｌｙｓｉｓｉｓｉＩＩｌｐｏｎａｍｆ研ｃｏｍｐｏｎｅｍｑ１１ａｌｉｔ）ｒａｎｄｒｅｌｉａ：ｂｉＨ哆鹊㈣ｅ．ＡｓｔＩｌｅｄｅｖｅｌ叩Ｈｌｅｍ０ｆｃｏⅡｌｐｏｎｅｎｔｄｅｓｉ印ａｎｄｐｒｏｃｅｓｓ乜ｅｃｌｌＩｌ０１０舒，ｔ１１ｅｄｅｖｅｌ叩Ⅱ把ｍｏｆｆａｉｌｕｒｅａＩ】ｌａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ锄ｄ黼ｌｕｒｅａＩｌａｌｙｓｉｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｆ越ｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｗｉⅡｂｅｍｏｒ｜ｅ粕ｄｍｏＩｅｕｓｅｆｍ． １前言 失效分析的目的是通过失效机理、失效原因分析获得产品改进的建议，避免类似失效的发生，提高产品可靠性。电子元器件的失效分析是借助各种测试技术和分析方法明确元器件的失效过程，分辨失效模式或机理，确定其最终的失效原因。失效分析是元器件可靠性工程中的一个重要组成部分。开展电子元器件失效分析工作需要具备相应的测试与分析手段、元器件失效机理等专业基础知识，并需要逐步积累失效分析经验。用于失效分析的设备很多且各有特点，应根据失效分析的要求，选用适当的分析技术和设备，充分利用其功能与特点，降低电子元器件失效分析成本，加快失效分析进度，提高失效分析成功率。 电子元器件是电子系统的重要及关键部件，元器件种类繁多，发展迅速，尤其是以集成电路为代表的微电子器件，其设计和制造技术正以惊人的速度向着规模更大、速度更快、集成度更高的方向发展。集成电路失效分析难度大，需要采用诸多先进的分析技术，涉及失效分析的各个环节与过程。本文以集成电路失效分析为代表介绍元器件失效分析的工作流程、分析技术方法以及未来发展所面临的挑战。 ２集成电路失效分析主要流程及分析方法 ２．１失效分析流程 典型的集成电路失效分析流程如图ｌ。 ２．２失效分析技术方法 ２．２．１外部目检 外部目检在集成电路失效分析中十分重要，它将为后续的分析提供重要的信息。外部目检可以通过肉眼、放大倍数在４倍～８０倍的立体显微镜、放大倍数在５０倍。２０００倍的金相显微镜、甚至是扫描电子显微镜（ＳＥＭ）来检查失效器件与好器件之间的差异，确定各种尘化物、沾污、引脚腐蚀、引脚断裂、机械损伤、封装裂纹、晶须、金属迁移等缺陷，必要时利用ＥＤｘ、原子吸收光谱等获得元素信息。 ［收稿日期］２００５—０８—０２［修订日期］２００６一ｌＯ一２７ ［作者简介］恩云飞（１９６８一），女，硕士，高级工程师，从事集成电路失效机理及分析评价技术研究。
电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术培训 讲讲师师介介绍绍:: 费老师 男，原信息产业部电子五所高级工程师,理学硕士,“电子产品可靠性与环境试验”杂志编委，长期从事电子元器件的失效机理、失效分析技术和可靠性技术研究。分别于1989年、1992－1993年、2001年由联合国、原国家教委和中国国家留学基金管理委员会资助赴联邦德国、加拿大和美国作访问学者。曾在国内外刊物和学术会议上发表论文三十余篇。他领导的“VLSI 失效分析技术”课题组荣获2003年度“国防科技二等奖”。他领导的“VLSI 失效分析与可靠性评价技术”课题组荣获2006年度“国防科技二等奖”。2001年起多次应邀外出讲学,获得广大学员的一致好评。 【培训对象】系统总质量师、产品质量师、设计师、工艺师、研究员，质量可靠性管理和从事电子元器件（包括集成电路）失效分析工程师 【主办单位】中 国 电 子 标 准 协 会 培 训 中 心 【协办单位】深 圳 市 威 硕 企 业 管 理 咨 询 有 限 公 司 为了满足广大元器件生产企业对产品质量及可靠性方面的要求，我司决定在全国组织召开“电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术”高级研修班。研修班将由具有工程实践和教学丰富经验的教师主讲，通过讲解大量实例,帮助学员了解各种主要电子元器件的可靠性试验方法和试验结果的分析方法．
课程提纲： 第一部分电子元器件的可靠性试验 1 可靠性试验的基本概念 1．1 概率论基础 1．2 可靠性特征量 1．3 寿命分布函数 1．4 可靠性试验的目的和分类 1．5 可靠性试验设计的关键问题 2 寿命试验技术 2．1 加速寿命试验 2．2 定性寿命保证试验 2．3 截尾寿命试验 2．4 抽样寿命试验 3 试验结果的分析方法：威布尔分布的图估法 4 可靠性测定试验 4．1 点估计法 4．2 置信区间 5 可靠性验证试验 5．1 失效率等级和置信度 5．2 试验程序和抽样表 5．3 标准和应用 6 电子元器件可靠性培训试验案例
MOS 器件及其集成电路的可靠性与失效分析（提要） 作者：Xie M. X. (UESTC ，成都市) 影响MOS 器件及其集成电路可靠性的因素很多，有设计方面的，如材料、器件和工艺等的选取；有工艺方面的，如物理、化学等工艺的不稳定性；也有使用方面的，如电、热、机械等的应力和水汽等的侵入等。 从器件和工艺方面来考虑，影响MOS 集成电路可靠性的主要因素有三个：一是栅极氧化层性能退化；二是热电子效应；三是电极布线的退化。 由于器件和电路存在有一定失效的可能性，所以为了保证器件和电路能够正常工作一定的年限（例如，对于集成电路一般要求在10年以上），在出厂前就需要进行所谓可靠性评估，即事先预测出器件或者IC 的寿命或者失效率。 （1）可靠性评估： 对于各种元器件进行可靠性评估，实际上也就是根据检测到的元器件失效的数据来估算出元器件的有效使用寿命——能够正常工作的平均时间（MTTF ，mean time to failure ）的一种处理过程。 因为对于元器件通过可靠性试验而获得的失效数据，往往遵从某种规律的分布，因此根据这些数据，由一定的分布规律出发，即可估算出MTTF 和失效率。 比较符合实际情况、使用最广泛的分布规律有两种，即对数正态分布和Weibull 分布。 ①对数正态分布： 若一个随机变量x 的对数服从正态分布，则该随机变量x 就服从对数正态分布；对数正态分布的概率密度函数为 222/)(ln 21 )(σμπσ--?=x e x x f 该分布函数的形式如图1所示。 对数正态分布是对数为正态分布的任 意随机变量的概率分布；如果x 是正态分布 的随机变量，则exp(x)为对数分布；同样， 如果y 是对数正态分布，则log(y)为正态分 布。 ②Weibull 分布： 由于Weibull 分布是根据最弱环节模型 或串联模型得到的，能充分反映材料缺陷和 应力集中源对材料疲劳寿命的影响，而且具 有递增的失效率，所以，将它作为材料或零件的寿命分布模型或给定寿命下的疲劳强 度模型是合适的；而且尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式。由于它可以根据失效概率密度来容易地推断出其分布参数，故被广泛地应用于各种寿命试验的数据处理。与对数正态分布相比，Weibull 分布具有更大的适用性。 Weibull 分布的失效概率密度函数为 m t m t m e t m t f )/()(ηη--?= 图1 对数正态分布
电子元器件失效分析 1.失效分析的目的和意义 电子元件失效分折的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象.分辨其失效模式和失效机理.确定其最终的失效原因，提出改进设计和制造工艺的建议。防止失效的重复出现，提高元器件可靠性。失效分折是产品可靠性工程的一个重要组成部分，失效分析广泛应用于确定研制生产过程中产生问题的原因，鉴别测试过程中与可靠性相关的失效，确认使用过程中的现场失效机理。 在电子元器件的研制阶段。失效分折可纠正设计和研制中的错误，缩短研制周期；在电子器件的生产，测试和试用阶段，失效分析可找出电子元器件的失效原因和引起电子元件失效的责任方。根据失效分析结果。元器件生产厂改进器件的设计和生产工艺。元器件使用方改进电路板设汁。改进元器件和整机的测试，试验条件及程序，甚至以此更换不合格的元器件供货商。因而，失效分析对加快电子元器件的研制速度.提高器件和整机的成品率和可靠性有重要意义。 失效分折对元器件的生产和使用都有重要的意义.如图所列。 元器件的失效可能发生在其生命周期的各个阶段.发生在产品研制阶段，生产阶段到使用阶段的各个环节，通过分析工艺废次品，早期失效，实验失效及现场失效的失效产品明确失效模式、分折失效机理，最终找出失效原因，因此元器件的使用方在元器件的选择、整机计划等方面，元器件生产方在产品的可靠性方案设计过程，都必须参考失效分折的结果。通过失效分折，可鉴别失效模式，弄清失效机理，提出改进措施，并反馈到使用、生产中，将提高元器件和设备的可靠性。 2.失效分析的基本内容 对电子元器件失效机理，原因的诊断过程叫失效分析。进行失效分析往往需要进行电测量并采 用先进的物理、冶金及化学的分析手段。失效分析的任务是确定失效模式和失效机理.提出纠正措