失效分析技术介绍.pdf

失效分析技术应用 (产品医学) 失效分析技术应用 (产品医学) cti失效分析研究中心：冯永英 联系方式： 075533683375e-mail ： 1.2 失效分析定义1.2 失效分析定义 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 什么是可靠性什么是可靠性 产品可靠性是指产品在规定的条件下和 规定的时间内完成规定功能的能力。 产品的可靠性是指产品在使用过程中尽 量不出故障、少出故障的一种特性，是 产品质量的时间指标。 元器件的可靠性还包括失效模式、失效 机理、环境适应性、参数随时间变化等 特征。 1980年代可靠性观念发生变化，也随之提出 了可靠性强化试验（ret、halt、hass）等面 向失效的可靠性新技术。 ret技术的理论依据是失效物理学把失效当作 研究的主体，通过激发、研究和根治失效达 到提高可靠性的目的。 什么是失效分析什么是失效分析 失效分析是对已失效样品进行的一种事 后检查。使用电测以及先进的物理、化 学和金相的分析技术,验证失效现象， 确定失效模式，找出失效机理。 其意义在于：在产品的研制阶段，失效 分析可以纠正设计和研制中的错误。 在生产，测试和使用阶段，失效分析可 以找出产品失效原因和引起产品失效和 责任方，并依据结果提出改进方法。 产品医学的分析流程 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 人人 生病生病 去医院去医院 复诊复诊 治愈治愈 症状 确诊病因确诊病因 治疗方案治疗方案 无损检查 有损检查(微创) 病理分析 照x光 超声检查 产品产品 失效失效 fa部门部门 工艺验证工艺验证 问题解决问题解决 现象 失效原因失效原因 改进方法改进方法 无损检查 有损检查 失效机理 x 射线透视 超声检查 截面抛切 开封去层 产品“生病”了，使用者该怎么办？ 确认产品失效的现象：确认产品失效的现象：（头疼，腿疼还是脚疼）（头疼，腿疼还是脚疼） pcb/pcba：pcb/pcba： 起泡、分层、变色、板面氧化腐蚀、开路/断路、表面异物/污染物、漏电、开裂、桥连、气孔、电迁移、腐蚀 元器件：元器件： 短路、开路、参数漂移、壳体破裂、漏气 金属材料金属材料 断裂、腐蚀、氢脆、变形、磨损 涂/镀层涂/镀层 粉化、褪色或变色、开裂或裂缝、起泡、脱层或脱落 确认产品失效比例：确认产品失效比例： 整批失效和偶然失效的起因往往有很大不同 清晰记录产品的历史经历清晰记录产品的历史经历：（有无其他病史或药物过敏史，有无旅行经历）：（有无其他病史或药物过敏史，有无旅行经历） 包括产品数据、存货量和储存条件；工艺过程，使用情况及失效日期 保护好你的失效样品：保护好你的失效样品： 对于由于机械损伤和环境腐蚀所引起的失效现象,必须对失效样品进行拍照以保存其原始形貌。 为了避免进一步失效，影响后续分析，样品在传递和存放过程中必须特别小心以避免环境（温度和湿度）应力、电 和机械应力对失效样品的进一步损伤，在传递一些小的元器件时必要的装载必须保证。 切记不要随意返修那些可能失效元器件的焊点。 不要使用机械或电气的探头企图拟合开路的焊点与pcb通孔。 不要污染或损伤样品。 如何自己做产品的“医师” 三原则：三原则： 先无损再有损（先非破坏性分析，再进行破坏性分析）： 常规的无损检测手段有，x射线透视检查；超声波无损检测；磁粉探 伤等。 几种比较有效的破坏性物理分析方法，显微抛切（外科手术），开 封，去层等。但破坏不是目的，如切片以后，产品的结构，分层等都 直接显露出来，要想更清晰的进行观察和分析，还要借助一些显微分 析工具如扫描电子显微镜（sem）、透射电子显微镜(tem)能谱分析 (eds)、俄歇电子能谱仪(aes)等。 先电性后物性 常用的电性能检测仪器包括示波器、图示仪、lcr测试仪、半导体 参数测试仪等等 先整体后局部： 如断裂失效分析时，应先对宏观断口进行观察，找到断裂源，再局 部放大，区分断裂类型 外观检查光学显微镜、金相显微镜、扫描显微镜 无损分析 x射线透视仪、扫描声学显微镜(csam)、检露仪 开封机、腐蚀机、切割机、研磨机、镶嵌机 开封、制样 理化分析 电测 探针台、示波器、图示仪、lcr测试仪、半导体参 数测试仪 扫描电子显微镜（sem）、透射电子显微镜(tem) 能谱分析(eds)、俄歇电子能谱仪(aes) 二次粒子质谱仪(sims)、聚焦离子束(fib) 显微红外热像仪、光发射显微镜（emmi） 内部气氛分析仪、红外显微镜（ft-ir） 常见失效分析仪器简介 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 失效发生 失效样品保存失效样品保存 外观检查 性能测试 开封、剥层 定位失效点 物理分析 确定失效机理 纠正措施结果验证 搜集失效及环境信息搜集失效及环境信息 失效分析方案设计 应力试验分析 故障模拟分析 内部分析 失效分析的一般流程 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 三大分析手段 无论是失效分析还是产品的质量评估，应 用最多，最广泛，最有效的三种手段为： 无损检测无损检测 切片分析切片分析 显微分析显微分析 x射线透视在pcb失效分析中的应用x射线透视在pcb失效分析中的应用 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 x射线透视在元器件失效分析中的应用x射线透视在元器件失效分析中的应用 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 x射线透视在焊点失效分析中的应用x射线透视在焊点失效分析中的应用 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 x射线透视仪的ct功能x射线透视仪的ct功能 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 3.2 金相切片3.2 金相切片 样品切割 样品镶嵌样品镶嵌 研磨、抛光研磨、抛光 腐蚀腐蚀 显微镜观察显微镜观察 结果分析结果分析 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 金相组织 焊点切片 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 焊点切片pcb通孔切片 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 表面微观形貌观察及成分分析表面微观形貌观察及成分分析 表面成分分析 断口检查 镀层厚度测量 微观结构观察 锡须观察表面形貌 sem/eds 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 表面形貌观察 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 表面形貌观察及尺寸测量 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 镀层厚度测试镀层厚度测试 金相切片法 x射线荧光测厚（对au/ni/cu镀层） pcb镀层 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 003003003003 002002002002 001001001001 002vfs = 8188 count csn sn sn sn sn sn 001vfs = 8188 count c p ni ni ni ni 003vfs = 8188 count c o cu cu cu cu 微区成分分析微区成分分析 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 2.2 分析手段的综合应用举例（bga） bgabga 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 性能测试性能测试无损分析无损分析破坏性分析破坏性分析理化分析理化分析 外观检查外观检查 电性能电性能 x射线透视射线透视 切片分析切片分析 染色实验染色实验 成分分析成分分析 力学性能力学性能 故障模拟故障模拟 2.3 x射线透视检查2.3 x射线透视检查 空洞空洞 虚焊虚焊 裂纹裂纹 2d 3d 2d 3d 锡球锡球 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 2.4 切片分析2.4 切片分析 空洞空洞 锡球变形锡球变形 焊接不良焊接不良 焊接不良焊接不良 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 2.5 界面化合物分析及成分分析2.5 界面化合物分析及成分分析 007007007007 006006006006 005005005005 001001001001 10 m10 m10 m10 m10 m 007vfs = 9000 count c o cu cu cu cu ag ag ag sn sn sn sn sn sn 006vfs = 9000 count c o cu cu cu cu 005vfs = 9000 count c o cu cucu cusn sn sn sn sn sn 001vfs = 9000 count c o cu cu cu cu sn sn sn sn sn sn imc层厚度测试界面成分分析 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 2.6 染色实验2.6 染色实验 裂纹裂纹 bga元件元件 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 2.7 焊点力学性能测试2.7 焊点力学性能测试 精密推拉力试验机 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 4. 失效分析案例失效分析案例 1 金属构件失效分析案例金属构件失效分析案例 2 涂涂/镀层失效分析案例镀层失效分析案例1 3 涂涂/镀层失效分析案例镀层失效分析案例2 4 pcba失效分析案例失效分析案例1 5 pcba失效分析案例失效分析案例2 失 效 分 析 研 究 中失 效 分 析 研 究 中 心心 项目简介项目简介 + 助焊剂 钎料粉 + + = 焊膏 电子元器件 电路板pcb 配制 = 组装电路板pcba 组装 组装 电子产品 检测检测 工艺、失效分析工艺、失效分析 可靠性可靠性 电子组装制造过程 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 助焊剂测试项目助焊剂测试项目 外观 密度/粘度 固体含量 助焊性/扩展率 卤素含量 铜镜腐蚀试验 物理稳定性 水萃取液电阻率 残留物干燥度 酸值铜板腐蚀性 表面绝缘电阻 电迁移 霉菌试验 润湿平衡法可焊性 焊锡膏测试焊锡膏测试 合金粉末粒度大小分布 粒度形状分布 金属成分 粘度 锡珠试验 坍塌试验 润湿性试验 阻焊剂含量 合金部分成分检测 助焊剂部分常规检测 焊锡条丝、无铅钎料检测焊锡条丝、无铅钎料检测 助焊剂含量 残留物干燥度 喷溅试验 锡槽试验 焊剂连续/均匀性 外径 合金部分成分检测 助焊剂部分常规检 合金成分检测 润湿性测试 j-std-004, j-std-001, j-std-006, gb 8012, gb/t9491, jis z3197, jis z3283, jis z3282, ipc-tm-650 1 电子辅料检测项目1 电子辅料检测项目 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 材料 外观检查 金相切片 导线精度 翘曲度 弯曲强度 抗剥离强度 拉脱强度 铜箔抗拉强度及延展率 镀层附着力 耐电压 表面绝缘电阻 互连电阻 断路/短路电阻 防霉性 阻燃性试验 离子含量 耐溶剂性 耐热油性 吸湿性 可焊性 热应力 孔隙率 体积电阻率 温度循环 温度冲击 机械冲击 振动 ipctm650, ipca610, ipca600, jstd003, eia3645360, iec 60068 , gjb362, gb/t 4588, gb/t4677, gb/t 4722 2 pcb检测项目2 pcb检测项目 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 外观检查 x-ray检查 金相切片 抗拉/剪切强度 染色渗透试验 锡须观察 外部检查、芯片线路修改 封装开封、显微分析 去钝化层、保护层 静电放电测试（esd） 元器件闩锁效应（latch-up） 评价 光发射显微分析（emmi） 红外热像分析 电性能分析 芯片表面形貌、成分分析 3 pcba检测项目4 元器件检测项目3 pcba检测项目4 元器件检测项目 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 可焊性 耐焊接热 锡须生长 回流敏感度(msl) 端子耐金属化熔解性 bga植球的剪切强度 jstd002, jstd020, iec 60068, milstd202, milstd883, jesd 22a121 外部目检 x射线检察 pind（粒子碰撞噪声检测） 密封 扫描声学显微镜检查 内部气体成份分析 内部目检 引线键合强度 sem检查 剪切强度、粘贴强度 结构符合性 5 元器件适用性6 破坏性物理分析5 元器件适用性6 破坏性物理分析 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 7 材料物理性能检测7 材料物理性能检测 力学性能 热学性能 无损探伤 断口分析 材料微观结构 金相检验 金属材料晶粒度 渗碳/渗氮层厚度 表面硬化层深度测定 热处理组织检验 失 效 分 析 研 究 中 心失 效 分 析 研 究 中 心 失效分析技术失效分析技术 元器件失效分析方法 焊点失效分析方法 pcb失效分析方法 金属断裂失效分析方法 涂层失效分析方法 可靠性技