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PCB,PCBA失效分析
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CNAS認可項目：是 - 電子組裝產品的失效分析 參加過關于失效情況討論的人都知道，一個客觀的、 獨立的失效分析的價值是多么重要。 失效可能由一系列的原因造成：設計的缺陷、不好的材料質量、制造問題、運輸或儲藏條件不當、在操作時的過荷等。大多數公司 缺乏深入調查的設備，而這往往是解決某些問題所需要的。沒有對失效進行正確分析，采取糾正措施的努力可能是無用的，或者產生事與愿違的結果。 失效分析實驗室通常比一個高級的測試中心具備更多的專門儀器和專門知識，以便發現失效的問題根源及其產生的事件鏈。在調查的時候，分析專家將會決定進行哪種測試，以及按什么順序把調查引向迅速的、經濟的結論。分析專家也將會根據失效在產品周期中發生的部位以及不同階段的優先權，推薦適當的糾正措施。如果用戶需要具備這些能力,就值得去聘請一位專業的失效分析人員來工作。 值得注意的是，有時甚至一項很有限的失效分析也是非常值得的，比如當迫切需要消除某個潛在的因素時。舉例來說，及時知道某個失效不是由靜電破壞引起，就可以避免在糾錯行動上浪費大量的金錢。 在失效發生之前應該知道的事 想得到一個成功的分析結果，在失效分析專家到達現場之前就應該作好準備工作。為了避免犯最常見的錯誤，所有可能涉及失效情況處理的人，都要具備下列各項預防知識。 保護實物證據。 如果不知道某樣東西為什么會壞掉,就放在那里別動它。在制造業環境中，把一個斷的焊點重新焊上或更換一個失效的元件也許是正常的，但它對失效分析家而言是災難。因為它可能意味著破壞了一個重要問題的證據, 當然，并不是希望人們碰到每個偶發事件就停止制造，并把失效分析專家叫來；但是如果確實存在一種失效的趨勢,那么，最壞的做法就是不斷地修復出故障的部件，并繼續向后道工序發貨。 不要試圖把破碎的表面拼接起來。 如果某些東西碎成兩半，人們會自然而然地試著去把兩者拼在一起。在微觀的水平上,兩個表面的磨滑和嚙合會破壞有價值的證據。如果能向失效分析專家提供一個干凈而保護完好的破碎表面,他幾乎總能找出損壞的原因，并且幫助決定上星期發出的部件是否需要追回。 避免過多的加電測試。不要繼續不斷地試驗一個時斷時通的零件，這樣做會導致線路完全斷開。一旦弄毀了失效現場, 分析專家可以得到的唯一結論就是有人曾對該線路加電次數太多太強。 保護材料免受熱、濕氣、震動、ESD 和其他的外力。 要使用推薦的保護性包裝和容器。 從失效中收集所有存在的數據。 有些看來與在現場的人無關的東西可能是決定性的。 記住寧可收集了過多的數據而不要收集得過少。并且要確保用記錄、照相或至少文檔方式，記錄曾用過的測試組合。 別忽視人們的直覺。記下那些不尋常的聲音、氣味和看到的現象。如有可能,要直接與那些首先看到失效的人員進行交流，他們常常會提供有價值的、與未實際在場的人不同的說法。 實物分析 如果證據保護得比較好,借助于在傳統的測試中心中所沒有的特殊的儀器的幫助,失效分析人員就能對從失效現場得到的數據中梳理出很多信息。舉例來說，在 Raytheon可靠性分析實驗室的電子顯微鏡放大倍數可達到 200,000倍。 除了知道該如何正確的解釋測試結果外，分析專家將會了解哪些測試是真正必需的，哪些是不必要的，從而對影響失效的所有的因素獲得一個更全面清楚的認識。 失效分析調查由對可疑元件的外部檢驗開始。 根據器件的類型和特殊要求,分析人員可以使用多種技術:包括熱阻測試、放射型顯微鏡、密封性測試、超聲掃描或紅外成像。然后，分析人員對內部進行調查，失效分析專家有一個特技：即在不破壞決定性證據的條件下把東西拆開的能力。 解剖精細的元件與其說是科學，不如說是一種手藝。舉例來說，取斷面不單單是把一個物體切片成兩半。這個元件要先被澆鑄在環氧基樹脂中保護起來,然后經過研磨和拋光形成一個光滑的斷面，以便在顯微鏡下檢查。如果分析家正在調查金屬之間的分離, 那么一個電子顯微鏡加上一個X光發射分光計，就能完全地顯示出原子的種類，從而識別出分離發生在哪里。這個數據對那些逐層進行金屬化的工藝人員是很重要的。 區分主要的和次要的失效因素 大多數的失效包括一系列串行發生的事件。 失效分析專家根據實物特征來確定正確的次序時，常常需要創建一個失效樹形圖，以幫助指導調查。(一個復雜的失效必須用這個方法來解決。) 圖上各分枝列出了所有的可能產生失效的原因，而且指出哪里需要附加的數據來支援或駁倒某個潛在性因素。分析人員將根據不同的可能性，沿圖上的各個分枝向下分析調查。最后，分析專家不但可以發現問題根源 ,而且能把整個失效的順序與原始的癥狀對照起來。 在追蹤事件的發生順序時，失效分析人員可能會發現早先的調查中忽視了的細微線索。最近有一位客戶來找RAL，想弄清為什么他們的電力控制器器件失效率會這么高。此前， 客戶已經把器件送回給制造商檢驗, 制造商已經確定失效是由于電的過荷引起，這屬于系統的缺陷和客戶的職責。客戶測量了電壓并且發現的確存在著電壓尖峰, 實際上在馬達驅動控制器中這是很普通的事。他們修改了設計以減少電壓尖峰，而且失效率確實在一段時間內減少了。 然而，不久失效率再一次迅速增加，此時客戶與RAL聯系。 RAL使用失效樹進行分析以保證每個可能的失效模態都被考慮到,不只是電的過荷。事實證明，這個部件是在裝配期間已受到了機械損傷,使他們裝配之后的處理和使用中容易受到影響而失效。上次設計修改后所帶來的微小進步，是因為該部件所受到的電壓已有改善，不再像過去那樣厲害的緣故。 這個有問題的器件的制造過程中，需要把一個功率芯片裝到一個散熱片上。在裝配的過程中，芯片上受到應力并產生微小的裂紋。隨著上電和溫度循環次數的增加，初始裂紋在芯片的易碎材料中傳播。 在某些情況下，裂紋穿透到芯片的工作區域, 明顯地減小晶體管的面積。裂紋的位置決定了這個部件在加上電壓后是否會失效。 當功率器件失效的時候,裂紋已被根本燒毀了,留下一個坑以及熔化了的碎片。在受過強大的熱應力的部件中出現裂紋本來是平常事，RAL斷定裂紋先發生,才引起部件的燒毀，而不是像制造商所解釋的熱應力引起了裂紋。這些裂紋在芯片的封裝內部不容易看發現。RAL用超聲掃描顯微鏡,在還沒有燒毀的部件中測出裂紋,從而證明了它的理論。最后RAL和制造商共同工作，修改了貼裝部件的方式,減少了引起失效的彎曲應力。 調查人為問題的根源 在實際中，問題不是自己產生的，而是最終通過人的行動發生的。 檢查人的因素超過狹義的技術分析的范圍，它可能成為最有價值的步驟。是否在交流或監督方面有基本的障礙? 組織和人員是否因他們的工作好而受到了適當的激勵? 操作員所受的訓練是否適當? 有時候實物因素會轉變為機構組織的問題。 失效分析專家的一部份作用是找到相關人員工作的最好方式，使得類似的問題不再發生。舉例來說,假如問題是一個焊接點上的過熱。最容易的辦法就是告訴某某技術員，他對焊點加熱太多，下次要小心。然而，一個更有價值的糾正行動可能是修訂培訓計劃，讓所有相關人員都注意到過熱所引起的損害。 確定并實現糾正的行動 在明確地找到問題根源之后，分析專家將會提出糾正的措施。它可能包括改進制造工藝、采用有較高質量控制水平的供應商的部件、改進設計、修改指標和其他的建議。分析家也將會根據產品所處階段，提出處理當前問題的方法。舉例來說，如果在產品裝配之前發現一個電容器失效,那是容易解決的，不安裝這個元件就行了；如果在制造已經開始之后發現同樣的失效，分析家和客戶就必須衡量其它方案。 客戶很可能想要拆去壞的元件而換成好的,而這種返工帶來的費用和風險可能是不允許的。可能的替代的方案之一是借助環境試驗來篩選那些加工完的部件，從中剔除掉壞的產品。 最困難的失效情況之一是有缺陷的產品已經發貨出廠了，你是否要把它們召回?或者你將要派人去現場更換每個壞部件?對于處在這種困境中的公司,可靠性測試將能決定這些有缺陷的元件失效的機率、其可能的結果、以及行動的正確方向。可靠性分析常常來自失效分析，它可以用來決定有缺陷的材料的可靠性。 這是你在教科書中找不到的信息，因為沒有人會有意設計和測試由壞的部件構成的系統。如果他們被迫做這樣的測試的話,也決不會把結果公之于眾! 失效分析專家的作法將是利用一個失效樣品進行實驗,例如，加速的環境應力試驗, 以便決定在一個給定的時間周期內失效的概率。其結果將會是經理能用以作出商業決策的數字。例如，如果產品的預定保修期是18個月，那么，其風險程度可能不值得在這之前做特別的產品改進。 確認糾正的行動 失效分析的最后步驟是要確認糾正措施是否有效。需要確認的項目將明顯依賴于改正了什么和如何改正的。如果它是一個生產量的問題,需要確認的當然是:開動生產過程來看是否生產量有提高；如果一個聯接件在現場中經過若干年之后失效,分析人員可能設計一個加速的老化試驗來模擬長期的暴露環境。設計各種測試條件來模擬不同的環境是一項完整的科學和手藝。 在這個階段，分析專家的特長將會幫助客戶避免常發生的錯誤。舉例來說, 當評估一個熱循環的失效時,多數人會認為熱沖擊一定比慢的熱循環更嚴峻。因此,他們將會做一個熱沖擊的試驗,而不去做慢的熱周期試驗。(完成沖擊試驗將花費較少的時間, 這也可能影響人們對試驗的決策。) 然而，在某些失效情況中，慢的熱循環可能實際上比熱沖擊更嚴峻。有時，有些試驗看起來像是不必要的，或違反常人的直覺，因而會被忽視，但它們卻是必要的。 最成功的失效分析是防范于未然 當災禍迫近的時候,大多數公司都愿聘請一位失效分析專家，因為他們需要一個在最后一刻力挽狂瀾的專家。另一個可能的關系是在設計階段，當要比較不同的方法所產生的結果時,需要向失效分析家咨詢。 經過早期的介入，失效分析可以用面向可靠性和潛在失效性的眼光來審定提交的設計，從而在潛在的缺陷上升為問題之前就識別它們。分析專家將會提醒設計組注意料想不到的化學的、電的和機械的應力，以及當前的設計怎么會引起已知的各種失效模態。借助于預先識別陷阱，分析家的建議可以免去將來有可能發生的大規模的失效調查。對失效分析而言，防范于未然是不引人注目的成功,但卻是更有效和更可預測的，甚至有利于當事人的血壓和健康。 技術服務電話：132 4299 5938 QQ:1746542112 郵箱：1746542112@qq.com
