失效分析案例

常見的一些失效分析案例分析：

環境可靠性試驗故障分析，解決產品設計缺陷：

故障現象：試驗樣件常溫運行正常，高溫（+85℃）工作運行時屏幕“閃屏——息屏——正常閃屏——息屏”….循環。

分析方法：模擬樣件實際工作狀態，測量SOC IC表面溫度達到112℃SOC IC材料規格溫度工作范圍105℃以下。

SOC表面屏蔽罩上追加高散熱率硅膠散熱材料，與金屬外殼直接接觸，起到降低SOC工作溫度作用追加散熱材料后，高溫工作試驗時SOC工作溫度降低到103℃，低于SOC材料規格溫度工作范圍

要因確定：SOC高溫條件下工作溫度高于設計值，導致儀表閃屏——息屏….循環發生。

改善措施：SOC表面屏蔽罩上追加高散熱率硅膠散熱材料，與金屬外殼直接接觸，降低SOC工作溫度。

故障解析事例

PCBA組件類失效：BGA失效分析（1）

故障現象：功能間接性不良，按壓BGA測試可OK。

分析方法：

1)切片金相分析：定位BGA失效點及失效現象：BGA外排焊點芯片焊盤處有裂紋

2)SEM分析：應力造成裂紋，IMC層厚度8Um以上，且呈零散狀態

3)EDS分析： IMC層的元素組成分析，確定IMC的成分構成

4)組裝工程應力分析：PCB分板采用手掰分離，存在較大的應力

要因確定：BGA焊球與基材的IMC層過厚，塊狀結晶，離散，造成連接強度弱，受到外部應力（P板分割形變）沖擊導致焊點斷裂。

改善措施：1）BGA來料改善（BGA植球工藝控制，器件端）；2）制程P板分割由手分割變更為走刀分割。

PCBA組裝失效：BGA失效分析（2）

故障現象：某產品在市場端出現失效，經初步分析為基板上BGA不良導致（部分產品按壓BGA后測試可通過）。

分析方法：

1）失效背景及數據分析

2）無損分析：顯微鏡，X-RAY

3）切片金相分析：定位BGA失效點及失效現象：BGA外排焊點與PCB焊接一側有裂紋

4）SEM分析：有受到應力影響的痕跡；從IMC層斷裂；IMC層最大厚度6.05Um

5）PCB-BGA匹配性設計分析：BGA節距0.8mm，PCB焊盤設計最大0.254mm，最小0.146mm，平均0.192mm。

要因確定：PCB焊盤不符合0.8mm節距BGA設計標準，焊盤過小，導致焊點承受應力的可靠性不足，其中包含生成的合金層因熱量過于集中而偏厚，以及后續使用過程中因熱應力，機械應力影響而失效。

改善措施：1）PCB焊盤設計：按照0.4mm設計改善；2）優化BGA回流焊接條件，將焊點的IMC厚度優化至適當范圍內（1.0Um-4.5Um）

PCBA組裝類失效：MLCC電容失效分析

故障現象：某產品在測試時出現間斷性不良異常。

分析方法：

1）整機功能分析：通過電路及顯微鏡外觀分析，定位失效點為ML CC電容失效

2）切片斷面分析：電容切片斷面顯微觀察，有應力裂紋，根據其特征判斷，是收到外部應力所致

3）設計結構分析：a.失效電容的布局方向（縱向）與分割線垂直，且電極端距離板邊緣0.11mm          b.外殼卡位距離電容電極僅0.11mm，卡位卡入時，瞬間的力度較大

4）工藝分析：PCB采用手分割，外殼卡入時無防止PCB變形的治具

要因確定：根據電容的裂紋特征，可以確定是基板變形應力導致，發生原因為PCB電容布局設計及外殼卡位設計不合理，造成電容電極端直接受到應力。

改善措施：PCB設計變更，電容由縱向布局，旋轉90°變更為橫向布局，避免應力對電的直接影響（提案）。

切片金相分析：電容內部有微裂紋，延伸至電極片組，造成容值變換。裂紋痕跡應該符合應力損傷的特點，即從焊接末端呈約45°延伸。	應力分析：電容末端與組裝件卡位距離僅0.11mm，與燈罩卡入位置僅0.2mm，組裝時有很大的應力產生，直接作用于電容電極部位。

元器件分析案例：

元器件分析：DPA破壞性物理分析

應用對象：高可靠性，電子產品關鍵元件，使用量大的元件。

應用場景：物料評價，供應商評價，物料失效分析等。

分析目的：

1）主要以預防失效為目的，防止有明顯或潛在有缺陷的元器批量性使用

2）評價和驗證元器件的質量，確保采購渠道的正規性

3）確定元器件在設計和制造過程中存在的偏差和缺陷

分析流程：無損分析（外觀，尺寸，材質，鍍層，X-RAY檢測，聲學掃描）——破壞性分析（斷面/平面研磨結構分析，芯片開封內部金線及焊接等分析，內部相關成分分析等）。

應用案例：某品牌芯片正品與市場品的DPA分析，內部金線結構相比有明顯差異。

元器件分析：元器件失效分析

部品解析：部品故障解析

故障現象：某芯片回流焊接后，本體出現明顯裂紋。

分析方法：

（1）異常品解體分析，內部分層

（2）平面研磨，內部各組分結構嵌合分析，存在明顯空洞及微縫隙

要因確定：芯片內部存在大量的空洞、縫隙，有水汽殘留，回流時水汽受熱使本體破裂。

改善措施：

（1）該芯片作為濕敏元件封裝、存儲，上線前烘烤后再投入使用

（2）更換可靠性高的物料

故障現象：某產品在客戶端出現LED不亮異常。

分析方法：

（1）X-RAY檢查：未發現異常

（2）開封分析：內部金線鍵合狀態確認，未發現線斷，鍵合不良等；

（3）斷面研磨分析：金相未發現異常，利用SEM微觀分析，晶元與銀膠（底面）之間有微裂縫，呈應力損傷狀態

  (4)  LED組裝狀態分析：LED平貼PCB面，引腳有彎折固定

要因確定：LED受到的組裝應力較大，內部晶元在應力作用下出現微裂紋失效，導致LED不點燈。

改善措施：LED與PCB的組裝，LED底面距離PCB的距離至少2mm以上，不可平貼，減少LED插入彎腳時的應力損傷。

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