目录

失效分析的意义	主要步骤和内容	详细流程
PCB/PCBA失效分析	电子元器件失效分析	金属材料失效分析
高分子材料失效分析	复合材料失效分析	涂层/镀层失效分析

什么是失效分析？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。失效分析在产品的可靠性质量保证和提高中发挥着重要作用，在产品的研发、生产、使用中都需要引入失效分析工作。还在提高产品质量，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。那么怎么做失效分析？以下几种失效分析方法安利给大家。

失效分析的意义

1.失效分析是确定芯片失效机理的必要手段。

2.失效分析为有效的故障诊断提供了必要的信息。

3.失效分析为设计工程师不断改进或者修复芯片的设计，使之与设计规范更加吻合提供必要的反馈信息。

4.失效分析可以评估不同测试向量的有效性，为生产测试提供必要的补充，为验证测试流程优化提供必要的信息基础。

失效分析主要步骤和内容

芯片开封：

去除IC封胶，同时保持芯片功能的完整无损，保持 die，bond pads，bond wires乃至lead-frame不受损伤，为下一步芯片失效分析实验做准备。

SEM 扫描电镜/EDX成分分析：

包括材料结构分析/缺陷观察、元素组成常规微区分析、精确测量元器件尺寸等等。 探针测试：以微探针快捷方便地获取IC内部电信号。

镭射切割：

以微激光束切断线路或芯片上层特定区域。

EMMI侦测：

EMMI微光显微镜是一种效率极高的失效分错析工具，提供高灵敏度非破坏性的故障定位方式，可侦测和定位非常微弱的发光（可见光及近红外光），由此捕捉各种元件缺陷或异常所产生的漏电流可见光。

OBIRCH应用（镭射光束诱发阻抗值变化测试）：

OBIRCH常用于芯片内部高阻抗及低阻抗分析，线路漏电路径分析。利用OBIRCH方法，可以有效地对电路中缺陷定位，如线条中的空洞、通孔下的空洞。通孔底部高阻区等，也能有效的检测短路或漏电,是发光显微技术的有力补充。

LG液晶热点侦测：

利用液晶感测到IC漏电处分子排列重组，在显微镜下呈现出不同于其它区域的斑状影像，找寻在实际分析中困扰设计人员的漏电区域（超过10mA之故障点）。

定点/非定点芯片研磨：

移除植于液晶驱动芯片 Pad上的金凸块， 保持Pad完好无损，以利后续分析或rebonding。

X-Ray 无损侦测：

检测IC封装中的各种缺陷如层剥离、爆裂、空洞以及打线的完整性，PCB制程中可能存在的缺陷如对齐不良或桥接，开路、短路或不正常连接的缺陷，封装中的锡球完整性。

SAM (SAT)超声波探伤：

可对IC封装内部结构进行非破坏性检测, 有效检出因水气或热能所造成的各种破坏如：o晶元面脱层，o锡球、晶元或填胶中的裂缝，o封装材料内部的气孔，o各种孔洞如晶元接合面、锡球、填胶等处的孔洞。

失效分析流程

各种材料失效分析检测方法

No.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。

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

（1）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

（2）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)

（3）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)

（4）电性能测试：

击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移

（5）破坏性能测试：

染色及渗透检测

No.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。

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

（1）电测：

连接性测试 电参数测试 功能测试

（2）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)

（3）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)

（4）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

（5）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)

（6）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)

No.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。

失效模式

设计不当，材料缺陷，铸造缺陷，焊接缺陷，热处理缺陷

常用手段

（1）金属材料微观组织分析：

金相分析

X射线相结构分析

表面残余应力分析

金属材料晶粒度

（2）成分分析：

直读光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、俄歇电子能谱仪(AES)等

（3）物相分析：

X射线衍射仪（XRD）

（4）残余应力分析：

x光应力测定仪

（5）机械性能分析：

万能试验机、冲击试验机、硬度试验机等

No.4

高分子材料失效分析

高分子材料技术总的发展趋势是高性能化、高功能化、复合化、智能化和绿色化。因为技术的全新要求和产品的高要求化，而需要通过失效分析手段查找其失效的根本原因及机理，来提高产品质量、工艺改进及责任仲裁等方面。

失效模式

断裂，开裂，分层，腐蚀，起泡，涂层脱落，变色，磨损失效

常用手段

（1）成分分析：

傅里叶红外光谱仪（FTIR）

显微共焦拉曼光谱仪(Raman)

扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)

X射线荧光光谱分析(XRF)

气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)

裂解气相色谱-质谱联用(PGC-MS)

核磁共振分析(NMR)

俄歇电子能谱分析(AES)

X射线光电子能谱分析(XPS)

X射线衍射仪(XRD)

飞行时间二次离子质谱分析(TOF-SIMS)

（2）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)

（3）裂解分析：

裂解气相色谱-质谱法

凝胶渗透色谱分析（GPC）

熔融指数测试（MFR）

（4）断口分析：

扫描电子显微镜（SEM），X射线能谱仪（EDS）等

（5）物理性能分析：

硬度计，拉伸试验机， 万能试验机等

No.5

复合材料失效分析

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成。具有比强度高，优良的韧性，良好的环境抗力等优点，因此在实际生产中得以广泛应用。

失效模式

断裂，变色失效，腐蚀，机械性能不足等

常用手段

（1）无损检测：

射线检测技术（ X 射线、γ 射线、中子射线等），工业CT,康普顿背散射成像（CST）技术，超声检测技术（穿透法、脉冲反射法、串列法），红外热波检测技术，声发射检测技术，涡流检测技术，微波检测技术，激光全息检验法等。

（2）成分分析：

X射线荧光光谱分析(XRF)等，参见高分子材料失效分析中成分分析。

（3）热分析：

重分析法（TG）、差示扫描量热法(DSC)、静态热机械分析法(TMA)、动态热机械分析(DMTA)、动态介电分析(DETA)

（4）破坏性实验：

切片分析（金相切片、聚焦离子束（FIB）制样、离子研磨（CP）制样）

No.6

涂层/镀层失效分析

失效模式

分层，开裂，腐蚀，起泡，涂/镀层脱落，变色失效等

常用手段

（1）成分分析：

参见高分子材料失效分析

（2）热分析：

参见高分子材料失效分析

（3）断口分析：

体式显微镜（OM）

扫描电镜分析（SEM）

（4）物理性能：

拉伸强度、弯曲强度等

（5）模拟试验（必要时）

在同样工况下进行试验，或者在模拟工况下进行试验。

分析结果提交

1) 提出失效性质、失效原因

2) 提出预防措施（建议）

3) 提交失效分析报告

失效分析的意义:

　产品质量是企业的生命线。提高产品质量、延长零部件的使用寿命，是企业的立足之本。

零件失效分析意义：

1.减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生，保障产品质量，提高产品竞争力。

2.分析机械零件失效原因，为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。

3.为企业技术开发、技术改造提供信息，增加企业产品技术含量，从而获得更大的经济效益。