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。

图4 船用柴油机曲轴齿轮

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
  
  

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)等物相分析：X射线衍射仪(XRD)残余应力分析：x光应力测定仪机械性能分析：万能试验机、冲击试验机、硬度试验机等

图5 拉伸试验材料断裂面扫描电镜图像