赛宝电子元器件失效分析 第三讲

1失效分析技术及经典案例失效分析技术及经典案例第三讲第三讲典型案例典型案例中国赛宝实验室可靠性研究分析中心讲解:李少平总目录第一讲失效分析概论第二讲分析技术及设备第三讲失效分析典型案例中国赛宝实验室可靠性研究分析中心2第三讲失效分析典型案例Š失效分析案例引言Š典型分析案例失效分析案例引言—若干问题Š因果关系Š逻辑推理Š分析层次Š逻辑推理与因果关系Š分析层次与分析结论¾自圆其说¾证据充分¾诊断准确¾快速反应¾不引入新的机理中国赛宝实验室可靠性研究分析中心3Š分析对象结构、材料、工艺、工作原理Š分析手段（求证工具）掌握分析手段的作用，并能了解分析手段的分析原理Š失效机理掌握分析对象可能的失效机理，诱发这种机理的作用力失效分析案例引言－基本知识要求广而深则准而快失效分析案例引言－失效分析过程电特性变化、异常特征形貌变化、异常特征结构变化、异常特征成份变化、异常特征试验敏感应力变化特征热、力表现特征求证方案出现的特征的原因分析－由果求因结论思路利用手段求证证据分析综合重复：工作性质的重复，分析层次的推进离不开“基本知识”中国赛宝实验室可靠性研究分析中心4方案、求证了解分析对象失效信息失效机理分析手段时间应力数量结构材料工艺原理应力特征作用原理特点失效分析基本知识分析结论综合分析失效分析案例引言－基础知识的作用第三讲失效分析典型案例ƒ分析全过程案例ƒ基本知识在分析中的作用案例¾原理、结构、材料、工艺¾现场失效信息ƒ故障定位ƒ形貌细节ƒ深层次分析ƒ透过现象找本质ƒ使用不当的失效案例ƒ几种失效机理案例¾CMOSIC闩锁效应失效¾静电损伤失效¾过电损伤失效¾热应力失效¾机械应力损伤失效¾电腐蚀失效¾污染失效¾热结构缺陷引起过热失效ƒ其他缺陷引起的失效中国赛宝实验室可靠性研究分析中心5一个全过程的分析案例--继电器失效分析一个全过程的分析案例继电器失效分析Š应了解的信息•继电器相关知识•失效样品产品信息•失效相关信息Š失效模式确认Š制定分析方案(动态)Š证据提取、分析推进Š综合分析和结论Š编写报告中国赛宝实验室可靠性研究分析中心6应了解的信息－继电器相关信息Š种类Š工作原理Š结构Š材料Š性能参数Š主要失效模式Š主要失效机理继电器相关信息—种类和原理工作原理(电磁继电器):Š电驱动线圈→产生磁力→机械力→带动触电→完成电连接‹簧片或弹簧力→断开触点→完成电切断种类电磁继电器固体继电器磁保持继电器自保持继电器中国赛宝实验室可靠性研究分析中心7继电器内部结构示意图结构：电磁系统、触点系统、机械传动系统继电器相关信息—结构、材料Š工作电压Š线圈电阻Š触点电压Š触点电流Š吸合电压Š释放电压Š抖动时间继电器相关信息—性能参数¾环境条件9储存温度9工作温度中国赛宝实验室可靠性研究分析中心8继电器相关信息—失效模式吸合/释放电压漂移触点断开故障绝缘失效（绝缘电阻变小，介质耐压降低）线圈开路线圈短路触点粘结密封失效线圈电阻超差接触电阻增大或时断时通表征形式其他失效线圈失效接触失效失效模式传动机构机械性能退化变形；振动引起传动机构变形；密封漏气。其他漆膜材料缺陷；漆膜电压击穿、漏电；漆膜温度、紫外光、辐射退化；漆包线机械损伤。线圈失效触点表面电化学腐蚀；触点表面高温氧化；燃弧——破坏触点表面，粘连，产生碳膜；触点表面金属电迁移；内部多余物残留；内部有机材料退化产生多余物；触点动作撞击；谐振——抖动；外部强电磁场；等等。触点接触电阻失效相关应力失效机理及原因模式继电器相关信息—机理和应力中国赛宝实验室可靠性研究分析中心9Š气密封装Š工作电压DC48VŠ触点电压125VŠ触点电流5AŠ触点电阻955Ω失效样品产品信息--LEACH继电器失效分析失效样品产品信息与现场信息--LEACH继电器失效分析Š使用场合：空调环境、200只Š失效现象：线包断、壳温度高Š调试至使用过程一年多陆续失效，15只。现场失效信息中国赛宝实验室可靠性研究分析中心10现场信息20253035404550556001020304050607057℃59℃45～50℃40～47℃25～30℃*空调环境—27℃左右*无环境温度异常记录根据现场信息的分析思路外壳热线包断那里热谁引起热部位定位可能的热源线包励磁功率触点P＝IR1确认发热部位，即我们观察到放热直接由谁引起2线包或触点发热，有无连带结果中国赛宝实验室可靠性研究分析中心11分析——触点（电阻小、无热特征）分析——线包温度中国赛宝实验室可靠性研究分析中心12分析——线包温度（平均温度）ŠR＝RO＋ROβ(T-TO)T＝TO+（V/I－RO）/ROβŠβ：为铜的电阻的温度系数，β＝0.00393/℃；V：线包电压；I：为线包电流；T0：线包室温电阻；T线包工作平均温度。分析—线包显微形貌－漆膜破裂中国赛宝实验室可靠性研究分析中心13小结Š线包是唯一热源Š线包温度异常Š线包电阻异常（严重减小）Š漆包线漆膜已经破裂，铜芯丝裸露，漆包线短路漏电分析－漆膜性能分析GJB4074.3合格（漆膜无开裂）不合格(漆膜开裂)拉伸试验GJB4074.5≧820（判据：2级漆膜700V）≦260V（判据：1级漆膜450V）耐压试验GJB4074.6合格（漆膜无开裂）不合格（漆膜开裂）温度试验GJB6109.22级膜1级膜漆膜级别GJB4074.20.063mm0.071mm铜线直径试验方法良品G1失效样品F2中国赛宝实验室可靠性研究分析中心14分析－漆膜脱落分析－红外光谱（成份）红：良品漆包线漆膜蓝：失效品未变黑漆包线漆膜黑：失效品已变黑漆包线漆膜羟基特征吸收峰羰基特征吸收峰中国赛宝实验室可靠性研究分析中心15FT-4067-04,CoatingofCuthread,G1699.43727.00752.86776.80810.59861.94935.02979.691071.431115.971169.841216.341247.531285.821374.691432.701512.071617.391718.651779.842959.283068.563556.254550556065707580859095100105110%Transmittance1000150020002500300035004000Wavenumbers(cm-1)FT-4069-04,CoatingofCuthread,F4,black724.23777.34811.04862.48925.641021.501099.611171.281215.901250.761286.941379.161428.911513.081615.011729.851779.842959.143614.23404550556065707580859095100105110115%Transmittance1000150020002500300035004000Wavenumbers(cm-1)良品漆包线漆膜失效品漆包线漆膜分析—差热分析峰值温度＝170℃温度范围＝150℃～213℃环境气氛：空气中国赛宝实验室可靠性研究分析中心16分析—气相质谱色谱邻苯二甲酸酐以及少量有机溶剂有机溶剂（苯酚、呋喃等）有机溶剂（苯酚、呋喃等）脱附的有机成份15.32222.7152.179脱气量（μg/g）变黑失效样品漆包线（F）未变黑失效样品漆包线（F）良品漆包线（G）温度：170℃环境气氛：氩气——无氧化反应“邻苯二甲酸酐”是“增塑剂”氧化的产物，是黑样品独有的脱附成份→增塑剂氧化变为更小分子量的分子→可脱附小结Š失效样品漆包线性能不合格–失效样品150℃～213℃存在氧化放热反应，放热反应峰值温度＝170℃–失效样品150℃～213℃发生氧化放热反应是漆膜中的增塑剂氧化而放热Š良品漆包线性能合格–良品300℃以内无放热反应中国赛宝实验室可靠性研究分析中心17结论¾xxxx99年批次继电器，漆包线漆膜退化引起线圈匝间和层间漏电、短路失效。励磁功率产生温升→漆膜增塑剂退化→漆膜开裂、脱落→线包匝间或层间漏电或短路加剧→线包励磁功率增大→线包温度上升的恶性循环。¾xxxx02年批次继电器，漆包线的漆膜由1级漆膜改进为2级漆膜；300℃以下无化学反应发生，漆膜性能稳定。建议Š建议淘汰在用的xxxx99年批次的继电器Š通过继电器外壳温度监测，判断继电器退化Š建议对xxxx02年批次的样品作批次可靠性评价,以确定是否可采用该批产品作为替换品中国赛宝实验室可靠性研究分析中心18封装塑料上的印子霍尔金电极脱边短路脱出的金电极边边未脱出的金电极边边霍尔表面短路形貌短路来源关于原理、结构、材料、工艺——霍尔器件失效分析案例霍尔IC霍尔器件关于失效信息——电流检测器件（xxxx）案例xxxx内部原理框图电流取样取样信号放大检测结果输出系统中共使用40只，系统综合试验200h后，出现一只失效，输出为0被测负载中国赛宝实验室可靠性研究分析中心19关于失效信息——电流检测器件（xxxx）案例（IC－16）第一只第二只关于故障定位－－电位器断点电测定位定位中国赛宝实验室可靠性研究分析中心20关于故障定位－－IC相邻引脚漏电定位关于故障定位－－IC相邻引脚漏电定位中国赛宝实验室可靠性研究分析中心21关于故障定位－－IC相邻引脚漏电定位关于故障定位－－PCBA故障点定位Š现场现象销售15天内，客户因冰箱不制冷换板。换机、退机Š回厂现象¾自然搁置，故障板、故障机有的故障自然消失，故障消失后，有的再次故障；故障消失与故障持续时间无规律¾故障时，在整机中检测电路板节点电位时，表笔触节点可引起整机回复正常，第几次触节点、触那个节点无规律Š故障再现¾故障自然在，故障自然消失¾曾经在故障状态检测到：AC220电压取样回路的节点电位低（正常为2V，异常时为0V）但几乎不能重复中国赛宝实验室可靠性研究分析中心22关于故障定位－－PCBA故障点定位DSP芯片DC检测AC220取样过流、缺相取样功率控制信号晶振PWM电平转换PWM驱动PWM功率输出AC220整流滤波变频压缩机DC电源故障昀终表现压缩机不工作关于故障定位－－PCBA故障点定位PCB、焊点、辅料、元器件相关部件电连接、漏电、临界工作、元器件内部不稳定、电磁干扰、环境应力相关机理—不稳定的、间歇发生分析方法缺陷提取与故障再现同时进行。对可疑缺陷进行加速，再现故障；施加应力进行再现。－－再现后解决定位中国赛宝实验室可靠性研究分析中心23关于故障定位－－PCBA故障点定位试验¾振动¾热冲击¾潮热主要机理¾电连接机理¾漏电机理潮热试验再现性昀高关于故障定位－－PCBA故障点定位DSP芯片DC检测AC220V取样过流、缺相取样功率控制信号晶振PWM电平转换PWM驱动PWM功率输出AC220整流滤波变频压缩机DC电源故障昀终表现压缩机不工作电位检测－－关注引起DSP的无输出的节点尤其是AC220V取样中国赛宝实验室可靠性研究分析中心24关于故障定位－－PCBA故障点定位电位165V通孔地310V去DSP通孔（地）通孔对应位置通孔对应位置165V关于故障定位－－PCBA故障点定位表笔压力方向表笔压力方向常态中国赛宝实验室可靠性研究分析中心25关于细节－形貌细节案例正常样品不正常样品FPC上的IC剥离力不合格拉力小的分离面形貌正常的分离面形貌中国赛宝实验室可靠性研究分析中心26关于细节－形貌细节案例关于细节－形貌细节案例内结实、界面气泡中国赛宝实验室可靠性研究分析中心27关于细节－－形貌细节案例050100150020000400006000080000100000120000140000TotalCounts(0.19amubin)Integral:507229080908+.TDC+Ions100µm573086ctsFPC,5D231714743732805010015002004006008001000120014001600TotalCounts(0.19amubin)Integral:17203080910+.TDC+Ions100µm18047ctsFPC,5C223852837314552