怎么做失效分析?六種失效分析方法安利給你
日期:2021-05-31 18:26:00 瀏覽量:5276 標(biāo)簽: 電子元器件失效分析 復(fù)合材料失效分析 涂鍍層失效分析 高分子材料失效分析 金屬材料失效分析 失效分析 PCB/PCBA失效分析
目錄
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(dòng)。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(shí)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(hào)。
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(cuò)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(dòng)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(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。
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(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)
(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(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(shí)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(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)
(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(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMTA)、動(dòng)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(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
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(xiǎn)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。