材料高温失效
电迁移现象及其失效机理
集成电路中的电迁移现象 电迁移现象简介随着芯片特征尺寸越来越小，集成度越来越高，对芯片可靠性的研究也变得越来越重要，而其中电迁移现象是影响互连引线的主要可靠性问题。在微电子器件中，金属互连线大多采用铝膜，这是因为铝膜具有电阻率低、价格低廉、与硅制造工艺相兼容、与SiO2 层等介质膜具有良好的粘附性、便于加工等一系列优点。但使用中也存在着如性软、机械强度低、容易划伤；化性活泼、易受腐蚀；抗电迁移能力差等一系列问题。 集成电路芯片内部采用金属薄膜互连线来传导工作电流，这种传导电流的金属在较高的电流密度作用下，沿电场反方向运动的电子将会与金属离子进行动量交换，结果使金属离子与电子流一样朝正极方向移动，相应所产生的金属离子空位向负极方向移动，这样就造成了互连线内金属净的质量传输，这种现象就是电迁移。 电迁移失效机理电迁移现象是指集成电路工作时金属线内部有电流通过，在电流的作用下金属离子产生物质运输的现象。进而导致金属线的某些部位出现空洞从而发生断路，而另外一些部位由于有晶须生长或出现小丘造成电路短路。当芯片集的成度越来越高后，其中金属互连线变的更细、更窄、更薄，电迁移现象也就越来越严重。图为典型的电迁移失效结果。 (a)电迁移引发短路(b)电迁移引发断路 在块状金属中，电流密度较低(<104A/cm2)，其电迁移现象只在接近材料熔点的高温时才发生。薄膜的材料则不然，淀积在硅衬底上的铝条，截面积很小和很好的散热条件，电流密度可高达107A/cm2，所以在较低的温度下就能发生电迁移。在一定温度下，金属薄膜中存在一定的空位浓度，金属离子通过空位而运动，但自扩散只是随机的引起原子的重新排列，只有在受到外力时才可产生定向运动。通电导体中作用在金属离子上的力有两种：一种是电场力F q，另一种是导电载流子和金属离子间相互碰撞发生动量交换而使离子产生运动的力，这种力叫摩擦力F e,对于铝膜，载流子为电子，这时电场力F q很小，摩擦力起主要作用，粒子流与载流子运动方向相同。这一摩擦力又称为电子风。经过理论分析有： F=F q+F e=Z*qE
高温蠕变疲劳试验机
高温蠕变疲劳试验机 一、主要技术参数 工作介质液压油 试验压力范围0.5-10MPa，,1-20Mpa，21-30 Mpa 试验环境温度室温 时间显示电脑显示 压力曲线显示数据采集软件实时显示 打印报告试验完毕可以打印试验报告并保存 试验数据 试验数据保存可以保存报告及试验过程记录 压力显示精度0.01MPa 控压精度1% 工作温度高温 电源380V 应用范围容器 二、产品介绍 高温蠕变疲劳试验机主要用于各种容器、管件、阀门、管道等的脉冲试验。可对试验压力，试验温度，试验次数等进行控制，最大试验压力30Mpa，支持断电自动保存数据。 试验机箱体是由液压系统和热交换系统，控制仪表等组成的一个有机体。在门都安装闭合检测开关，进行测量检测，以满足试验安全性。整个控制系统采用工业控制计算机＋二次控制仪表系统＋传感器开关控制模式，并对所有的开关量进行闭合PLC监控，采用逻辑关系，保证系统的安全和可靠，能够进行故障记录，
自动系统锁定逻辑，保证无人值班的试验安全。 三、典型应用： 换热器高温蠕变疲劳试验 热交换器高温蠕变持久松弛试验 四、特点 1.使用安全。工件自动检漏和停机； 2.可存储最近30万次循环的脉冲压力波形。 3.实验数据可回访，可以按照实验时间、实验次数等查询实验结果。 4.支持断电自动保存数据； 5.计算机数据采集处理，打印输出压力、疲劳次数和疲劳压力波形； 6.可实时显示脉冲压力波形(设定波形和实际波形)、压力值、循环次数、流体 温度、环境温度等参数； 7.拆卸被试管路后的泄漏介质自动回收； 8.试验压力-时间曲线能够在屏幕上显示并能打印或存储在存储器内，计算机 控制，存储器有USB接口，可打印实验压力曲线； 9.内部采用保温层，可以控制环境温度与液体温度。 五、高温蠕变疲劳试验机安全保护 1.回路中设有过滤装置，在过滤器的两端装有压差发讯报警器。 2.设备设有过压报警功能，试验回路中的压力发生突变时，设备自动报警，其 超过安全范围时，设备自动停机。 3.设备设有试验间内管道、工件失效的泄漏报警功能。 4.超温保护：设备设置了超温保护装置，当油温超过设定极限温度时，自动停
典型电子元器件失效分析方法
典型电子元器件失效分析方法 纵观当今电子信息技术发展状况，自进入二十世纪后期以来发展尤为猛烈，而电子元器件作为发展电子信息技术的基础，一直扮演着十分重要的角色。于是，了解电子元器件失效分析是人们一直关心的问题，那么这次华强北IC代购网就为大家简要的介绍几种典型电子元器件失效分析方法。 1、微分析法 (1)肉眼观察是微分析技术的第一步，对电子元器件进行形貌观察、线系及其定位失准等，必要时还可以借助仪器，例如：扫描电镜和透射电子显微镜等进行观察； (2)其次，我们需要了解电子元器件制作所用的材料、成分的深度分布等信息。而AES、SIMS和XPS仪器都能帮助我们更好的了解以上信息。不过，在作AES测试时，电子束的焦斑要小，才能得到更高的横向分辨率； (3)最后，了解电子元器件衬底的晶体取向，探测薄膜是单晶还是多晶等对其结构进行分析是一个很重要的方面，这些信息主要由XRD结构探测仪来获取。 2、光学显微镜分析法 进行光辐射显微分析技术的仪器主要有立体显微镜和金相显微镜。将其两者的技术特点结合使用，便可观测到器件的外观、以及失效部位的表面形状、结构、组织、尺寸等。亦可用来检测芯片击穿和烧毁的现象。此外我们还可以借助具有可提供明场、暗场、微干涉相衬和偏振等观察手段的显微镜辅助装置，以适应各种电子元器件失效分析的需要。 3、红外显微分析法
与金相显微镜的结构相似，不同的是红外显微镜是利用近红外光源，并采用红外变像管成像，利用此工作原理不用对芯片进行剖切也能观察到芯片内部的缺陷及焊接情况。 红外显微分析法是针对微小面积的电子元器件，在对不影响器件电学特性和工作情况下，利用红外显微技术进行高精度非接触测温方法，对电子元器件失效分析都具有重要的意义。 4、声学显微镜分析法 电子元器件主要是由金属、陶瓷和塑料等材料制成的，因此声学显微镜分析法就是基于超声波可在以上这些均质传播的特点，进行电子元器件失效分析。此外，声学显微镜分析法最大的特点就是，能观察到光学显微镜无法看到的电子元器件内部情况并且能提供高衬度的检测图像。 以上是几种比较常见的典型电子元器件失效分析方法，电子元器件失效一直都是历久弥新的话题，而对电子元器件失效分析是确定其失效模式和失效机理的有效途径之一，对电子元器件的发展具有重要的意义。
第03章体内失效机理
第三章体内失效机理 1* 二次击穿 一．热电破坏引起器件二次击穿 半导体器件的体内失效中，热电破坏是最主要得失效形式之一。热电破坏是器件因温度升高而引起的器件参数退化或烧毁。最典型的例子是高反压器件和高功率器件的“二次击穿”。二次击穿是体内失效，它是导致功率管突然烧毁和早期失效的主要原因。 （一）二次击穿概述 二次击穿是指器件被偏置在某一特殊工作点时，电压突然下跌，电流突然上升（出现负阻）的物理现象。二次击穿（简称SB）现象不仅在双极功率管中存在，而且在点接触二极管/CMOS集成电路以及各种体效应器件中也同样存在。如果器件无限流装置或保护措施，一旦发生二次击穿，器件会立即烧毁。只不过不同器件对二次击穿的敏感性不同，其中功率器件和CMOS集成电路比较敏感。 双极型晶体管的二次击穿现象如图3-1所示。 根据发射结的偏置状态，可以分为正偏二次击穿和反偏二次击穿。图3-1所示曲线有以下特点： 1．三种曲线皆存在一个电压开始跌落的点，这个点称为二次击穿触发点，其功率大小为PSB。在二次击穿触发点停留时间（Τd ）称为二次击穿“延迟时间”。 2．三条曲线中Psbr 汽轮机转子低周疲劳与高 温蠕变的寿命计算及应用 前言 随着经济的快速发展，我国电力行业已经发展到历史上最为辉煌的时期。电力工业是现代化国家的基本工业，电力生产量更是一个国家家经济发展水平的重要指标。截止到2009年底，我国总装机容量达到87407万kw，超超临界压力1000mw机组已有数十台投入运行。与此同时，国家对于节能减排的重视，使得我们面临新的机遇，新设备，新技术的不断涌现，同时也给我们提出了更高的要求。目前各国都不同程度的遭遇或将遭遇的主要问题是电网发电量不足、电峰谷差逐渐增大及火电机组老化等[2][3]。因此，世界各主要发达国家都非常重视火电机组寿命管理的研究，尤其是研究汽轮机转子寿命评估。对此作了大量的工作，并取得不少成果。 目录 摘要 (1) 第一章绪言 1．1 课题意义 (2) 1．2 汽轮机转子寿命研究现状 (3) 1．3 目前存在的问题 (3) 第二章本文的研究内容 2．1 研究对象 (4) 2．2 研究内容 (5) 第三章转子热应力的计算模型 3. 1 转子温度场的数学模型 (7) 3. 2 应力场的数学模型 (10) 3. 3 有限元理论分析 (12) 第四章转子蠕变损耗寿命 4．1 金属疲劳机理及高温力学性能的研究 (14) 4．2 材料硬度和机组蠕变寿命损耗之间的关系 (16) 4. 3 蠕变寿命损耗计算 (18) 第五章转子低周疲劳寿命损耗计算 5 .1 汽轮机转子低周疲劳失效 (21) 5. 2 转子低周疲劳损伤及寿命计算 (23) 第六章疲劳——蠕变计算的应用及价值 6.1 疲劳——蠕变计算的应用及价值 (24) 结论 (25) 参考文献 (25) 电迁移现象及其失效机 理 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 集成电路中的电迁移现象 电迁移现象简介 随着芯片特征尺寸越来越小，集成度越来越高，对芯片可靠性的研究也变得越来越 重要，而其中电迁移现象是影响互连引线的主要可靠性问题。在微电子器件中，金属互连线大多采用铝膜，这是因为铝膜具有电阻率低、价格低廉、与硅制造工艺相兼容、与SiO 2 层等介质膜具有良好的粘附性、便于加工等一系列优点。但使用中也存在着如性软、机械强度低、容易划伤；化性活泼、易受腐蚀；抗电迁移能力差等一系列问题。 集成电路芯片内部采用金属薄膜互连线来传导工作电流，这种传导电流的 金属在较高的电流密度作用下，沿电场反方向运动的电子将会与金属离子进行 动量交换，结果使金属离子与电子流一样朝正极方向移动，相应所产生的金属离子空位向负极方向移动，这样就造成了互连线内金属净的质量传输，这种现象就是电迁移。电迁移失效机理 电迁移现象是指集成电路工作时金属线内部有电流通过，在电流的作用下金 属离子产生物质运输的现象。进而导致金属线的某些部位出现空洞从而发生断路，而另外一些部位由于有晶须生长或出现小丘造成电路短路。当芯片集的成度 越来越高后，其中金属互连线变的更细、更窄、更薄，电迁移现象也就越来越严重。图2.1为典型的电迁移失效结果。 （a）电迁移引发短路（b）电迁移引发断路 在块状金属中，电流密度较低（<104A/cm2），其电迁移现象只在接近材料熔点的高温时才发生。薄膜的材料则不然，淀积在硅衬底上的铝条，截面积很小和很好的散热条件，电流密度可高达107A/cm2，所以在较低的温度下就能发生电迁移。在一定温度下，金属薄膜中存在一定的空位浓度，金属离子通过空位而运动，但自扩散只是随机的引起原子的重新排列，只有在受到外力时才可产生定向运动。通电导体中作用在金属离子上 的力有两种：一种是电场力F q ，另一种是导电载流子和金属离子间相互碰撞发生动量交 换而使离子产生运动的力，这种力叫摩擦力F e ，对于铝膜，载流子为电子，这时电场力 F q 很小，摩擦力起主要作用，粒子流与载流子运动方向相同。这一摩擦力又称为电子风。经过理论分析有： F=F q +F e =Z*qE 1.零件失效即失去其原有功能的含义包括三种情况:(1)零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等，从而完全丧失其功能。(2)零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能够工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等。(3)零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安可靠性。如经过长期高温运行的压力容器及其管道，其内部组织已经发生变化当达到一定的运行时间，继续使用就存在开裂的可能。 2.首先制定一个科学的分析程序，是保证失效分析工作顺利而有效进行的前提条件. 3.断口分析的任务（l）确定断裂的宏观性质。塑性断裂/脆住断裂/疲劳断裂等（2）确定断口的宏观形貌。纤维状断口/结晶状断口；有无放射线花样及有无剪切唇等；（3）查找裂纹源区的位置及数量.裂纹源区的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源区的数目，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等；（4）确定断口的形成过程。裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速度如何等（5）确定断裂的微观机制. 解理型/准解理型/微孔型，沿晶型/穿晶型等；（6）确定断口表面产物的性质。断口上有无腐蚀产物或其他产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等 4. 查找断裂源区是宏观分析的最重要环节 5.断口分析（1）利用碎片拼凑法确定主断面. 密合程度好的为后断的，密合最差的断面为最先开裂的断面，即主断面。（2）按照“T”型汇合法确定主断面或主裂纹. 如果在最初断裂件上分成几块或是存在两条以上的相互连接的裂纹，此时可以按照“T”形汇合法的原则加以判断.（3）按照裂纹的河流花样确定主裂纹. 通常的情况是，主裂纹较宽、较深、较长，即河流花样的主流。 6. （1）利用断口上的“三要素”特征确定裂纹源（静载断裂或过载断裂）a.纤维区：位于断裂的起始部位；b放射区：是裂纹的快速扩展区；c剪切唇：最后断裂区。（2）利用断口上的“人”字纹特征确定裂纹源区.板装试件或矩形截面----静载断裂----一组人字纹指向末端------裂纹源区（3）根据断口上的放射花样确定裂纹源区.圆形试件、缺口冲击试件的静载断裂（或应力腐蚀及氢脆断裂）其撕裂棱线通常呈放射线状，其放射线中心----裂纹源（4）根据断口上的“贝纹”线确定裂纹源区.疲劳断裂----贝纹花样特征条---贝纹线形似一组同心圆---该圆心即为裂纹源（5）将断开的零件的两部分相匹配，则裂缝的最宽处为裂纹源（6）根据断口上的色彩程度确定裂纹源区——氧化色（程度），锈蚀情况，油污等（7）断口表面的损伤情况碰撞，摩擦等（8）断口的边缘情况剪切唇，毛刺等 7. 断裂源区的位置一般应与最大应力所在平面相对应。 8. 导致金属零件发生脆性的解理断裂的原因（l）通常只有冷脆金属才能发生解理断裂。面心立方金属一般不会发生解理断裂。仅在腐蚀介质存在的特殊条件下，奥氏体钢、铜及铝等才可能发生此种断裂。（2）构件的工作温度较低，即处在脆性转折温度以下。（3）只有在平面应变状态（三向拉应力状态）/几何尺寸属于厚板情况。（4）晶粒尺寸粗大。因为解理断裂单元为一个晶粒尺寸，粗晶使解理断裂应力显著降低，粗晶使脆性转折温度向高温方向推移，故易促使解理断裂。（5）宏观裂纹的存在。裂纹顶端应力集中并使构件的脆性转折温度移向高温，均促使冷脆金属发生解理断裂。（6）加载速度大及活性介质的吸附作用都促进解理断裂的发生 9. 微孔型断裂（1）微孔型断裂的微观形貌微孔型断裂，又叫微孔聚集型断裂，它是指塑性变形起主导作用的一种延性断裂。微孔型断裂的微观电子形貌呈孔坑、塑坑、韧窝、迭波花样。在孔坑的内部通常可以看到第二相质点或其脱落后留下的痕迹，这是区别断裂的主要微观特征。（2）宏观脆性微孔型断裂的特点其微观电子形貌为细小、均匀分布的等轴型微孔，微孔的形成和连接时的塑性变量很小。这种断裂的特点是由高强度材料的组织特点决定的，----在固溶强化的基础上弥散分布着细小的第二相质点，质点的平均间距很小。----这种组织对于裂纹的敏感性非常大；裂纹顶端的应力集中现象很严重，其断裂的名义应力低于材料的 集成电路中的电迁移现象 电迁移现象简介 随着芯片特征尺寸越来越小，集成度越来越高，对芯片可靠性的研究也变得越来越重要，而其中电迁移现象是影响互连引线的主要可靠性问题。在微电子器件中，金属互连线大多采用铝膜，这是因为铝膜具有电阻率低、价格低廉、与硅制造工艺相兼容、与SiO2层等介质膜具有良好的粘附性、便于加工等一系列优点。但使用中也存在着如性软、机械强度低、容易划伤；化性活泼、易受腐蚀；抗电迁移能力差等一系列问题。 集成电路芯片内部采用金属薄膜互连线来传导工作电流，这种传导电流的金属在较高的电流密度作用下，沿电场反方向运动的电子将会与金属离子进行动量交换，结果使金属离子与电子流一样朝正极方向移动，相应所产生的金属离子空位向负极方向移动，这样就造成了互连线内金属净的质量传输，这种现象就是电迁移。 电迁移失效机理 电迁移现象是指集成电路工作时金属线内部有电流通过，在电流的作用下金属离子产生物质运输的现象。进而导致金属线的某些部位出现空洞从而发生断路，而另外一些部位由于有晶须生长或出现小丘造成电路短路。当芯片集的成度越来越高后，其中金属互连线变的更细、更窄、更薄，电迁移现象也就越来越严重。图2.1为典型的电迁移失效结果。 （a）电迁移引发短路（b）电迁移引发断路在块状金属中，电流密度较低（<104A/cm2），其电迁移现象只在接近材料熔点的高温时才发生。薄膜的材料则不然，淀积在硅衬底上的铝条，截面积很小和很好的散热条件，电流密度可高达107A/cm2，所以在较低的温度下就能发生电迁移。在一定温度下，金属薄膜中存在一定的空位浓度，金属离子通过空位而运动， 但自扩散只是随机的引起原子的重新排列，只有在受到外力时才可产生定向运动。通电导体中作用在金属离子上的力有两种：一种是电场力F q ，另一种是导电载流子和金属离子间相互碰撞发生动量交换而使离子产生运动的力，这种力叫摩 擦力F e ，对于铝膜，载流子为电子，这时电场力F q 很小，摩擦力起主要作用， 粒子流与载流子运动方向相同。这一摩擦力又称为电子风。经过理论分析有： F=F q +F e =Z*qE 式中Z*成为有效原子价数，E为电场强度，q为电子电荷。Z*的绝对值越小，抗电迁移能力就越大。 电迁移引起的失效模式 1 短路 （1）电迁移使晶体管发射极末端积累铝离子,使EB结短路，这对套刻间距小的微波功率管容易发生； （2）电迁移产生的晶须使相邻的两个铝条间短路, 这对相邻铝条间距小的超高频器件、大规模集成电路容易发生； （3）集成电路中铝条经电迁移后与有源区短接, 多层布线上下层铝条经电迁移后形成晶须而短接； （4）晶须与器件内引线短接"触的数目。 2 断路 （1）正常工作温度下, 铝条承受电流过大, 特别是铝条划伤后, 电流密度更大,使铝条断开"尤其是大功率管, 在正常结温(150℃)时, 往往工作几百小时后因电迁移而失效； （2）压焊点处, 因接触面积小, 电流密度过大而失效； （3）氧化层台阶处, 因电迁移而断条"通过氧化层阶梯的铝条在薄氧化层上散热好, 温度低, 而在厚氧化层上散热差, 温度高"所以当电子流沿着铝条温度增加的方向流动时, 就会出现铝原子的亏空, 而形成宏观的空隙。 3 参数退化 电迁移将影响器件的性能稳定，如引起晶体管EB结击穿特性退化，电流放大倍数h FE变化等。 电子元器件失效分析技术及经典案例培训 课程背景： 电子产品在不断与失效作斗争中不断提高可靠性，失效分析是与产品失效作斗争的最有效的工具。失效分析是故障归零的关键技术：产品故障归零技术上要求“定位准确，机理清楚，故障再现，措施有效，举一反三”，显然，失效分析实现“机理清楚”，只有在失效机理的指引下才能确定正确的“故障再现”的应力，只有在机理的指引下，才能确定引起故障的原因，对故障实施改进、控制才能做到“措施有效”。 课程概要及收益： “电子元器件失效分析技术与经典案例”分为两讲，第一讲和第二讲是“电子元器件失效分析技术”，这一讲中首先简单讲述电子产品（包括各种元器件、集成电路、组件等）失效分析的主要术语，失效分析的程序和方法。重点通过具体的分析案例，剖析失效分析的程序和方法各个节点的分析要点和分析技巧。通过学习让学员掌握怎样开展失效分析工作，采用什么分析仪器设备提取失效样品的失效证据，怎样研判失效证据与样品失效的关系，从而诊断失效样品的失效机理；掌握分析设备的应用技巧和失效分析中的关键问题。第三讲是“失效分析经典案例”，通过典型的失效分析案例的剖析，加深失效分析程序和方法的掌握，通过典型的失效分析案例讲述各种元器件、各种失效机理的分析、诊断方法，并在失效分析的案例中培训学员怎样考虑问题、怎样采用合适的分析手段（分析仪器、设备）提取证据，怎样识别各种失效机理的表现特征，怎样对获得的各方面的信息、证据进行综合分析以达到对失效产品进行准确诊断的目的。 【主办单位】中国电子标准协会【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司 课程对象：电子元器件、电路板或整机企业的设计工程师、质量工程师、工艺工程师、可靠性工程师、失效分析工程师； 常见的电子元器件失效机理与分析 电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。 硬件工程师调试爆炸现场 所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。 电阻器失效 失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 电阻器的失效模式与机理 ?开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。 ?阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。?引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。 ?短路：银的迁移，电晕放电。 失效模式占失效总比例表 ?线绕电阻： ?非线绕电阻： 失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 ?导电材料的结构变化： 薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃，寿命缩短一 疲劳失效机理概述 时间:2008-1-24 金属材料的疲劳断裂过程，一般有以下几个阶段：滑移，成核，微观裂纹扩展，宏观裂纹扩展，瞬时断裂。 金属材料产生疲劳裂纹的方式很多。有的产生在金属晶体表面、晶界或金属内部非金属夹杂物与基体交界处；有的产生在金属的“先天”缺陷处，如表面的机械划伤、焊接裂纹、腐蚀小坑、锻造缺陷、脱碳等；有的是因零件的结构形状造成应力集中而成为疲劳裂纹源，如零件上的内、外圆角、键槽、缺口等处。后两种容易产生疲劳裂纹的原因是明显的，因此，以下着重讨论第一种无宏观疵病的光滑表面上，疲劳裂纹形成的机理。 图1 纯铝第一、二阶S疲劳裂纹扩展示意图 1．变应力作用下金属的滑移及疲劳裂纹成核表面无缺陷的试件，在变应力的作用下金属产生了滑移，造成了晶格的扭曲、晶粒的破裂，若变应力继续作用，上述现象将不断出现，直至金属材料表面某处失去塑性变形的能力而形成疲劳裂纹源，即疲劳裂纹成核。金属表面开始滑移直到疲劳裂纹成核，这是疲劳过程的第一阶段(图1)。裂纹生长到一定的长度以后，逐渐改变方向，最后沿着与拉伸应力成垂直的方向生长，这是裂纹扩展阶段即疲劳过程的第二阶段。 关于疲劳裂纹成核的定义，始终还是一个有争论而难以统一的问题，从工程的实际出发，一般规定裂纹长度为0．05～0．08mm，即利用一般显微放大镜可以看到的裂纹，称为成核。 多晶体金属的界面，也是疲劳裂纹成核地区。金属中的非金属夹杂物与基体的交界处，往往是疲劳裂纹优先成核地区。 2．疲劳裂纹的扩展及材料的断裂金属在表面的滑移带、晶界、相界、切口等处一旦形成了疲劳裂纹核以后，如果继续承受变应力，则裂纹继续扩展。裂纹d小于0．05mm，即成核以前的阶段，称为微观裂纹扩展阶段，也就是疲劳过程的第一阶段。此 时疲劳裂纹的扩展速率是缓慢的，／周，为裂纹长度，N为循环次 金相组织：爆口裂纹两侧有大量的蠕变裂纹和蠕变孔洞，蠕变裂纹沿晶界扩展，裂纹内填充大量氧化物。爆口附近的金相组织，可见组织为铁素体+碳化物，珠光体中的片状碳化物已经完全球化成颗粒状碳化物；远离爆口处的金相组织与爆口附近的金相组织没有明显差异。根据这上述组织特征，可判断爆口处处于长时间过热状态，但温度没有达到Ac1以上的相变区，因此组织变化特征是珠光体中的片状碳化物发生球化和晶界上形成蠕变孔洞和蠕变裂纹。 爆管原因： 各部位横纵截面上的金相组织均为均匀的铁素体+珠光体，组织中一般不会有过烧等不正常组织，同时管子没有微观裂纹等缺陷，但都有一定深度的表面缺陷或化学成分不达要求导致性能不合格或者基体中有大块的夹杂； 、 管壁厚薄不均： 原始管壁厚薄不均各部位横纵截面上的金相组织均为均匀的铁素体+珠光体，组织中一般不会有过烧等不正常组织，爆口前沿及两侧有弥补的纵向小裂纹（疲劳裂纹） 、爆口处：在爆口尖端处，为密集的晶粒区，在稍微离开爆口十几毫米的位置，出现明显的类似于羽毛状的粗大的亮色魏氏组织，珠光体很少，随着距离增大，魏氏组织减少，铁素体形成的晶界也越来越明显，可观察到少量的粗大贝氏体，珠光体增多，没有球化现象，出现大量的板条状马氏体。 2 0钢的正常显微组织应为铁素体加珠光体。钢中魏氏组织的形成与加热温度及冷却速度有直接关系。亚共析钢因过热而形成粗晶奥氏体，在一定冷却条件下除了在原奥氏体晶界上析出块状铁素体外．还有从晶界向晶界内部生长的铁素体。根据Me h l 观点，魏氏组织的存在有两个条件．即不特别快又不特别慢的冷却速度和原始粗晶粒度。 金相检验可发现破口处和远离破口处及爆口背火面均有过热组织存在——均出现了大量的粗大魏氏组织。这就说明，整个管子干烧，管壁严重超温。在较短时间段内，管壁温度超过正火温度以至更高。同时，高温灼热的管壁又受到了汽水混合物的激冷。因此，严重短时过热和干烧是造成该水冷壁管爆管失效的主要原因。 裂纹型破口(1)处的组织内部已发生严重的裂纹，其组织均为铁素体晶界碳化物，钢中渗碳体已分布在铁素体的晶界上，珠光体全部球化，组织发生畸变。硬度值由管外壁沿径向方向依次降低，迎火面235HLD，断面中部为124HB，而20号钢的硬度为≤156HB。结合形貌分析，该管段属于长期过热爆管。 裂纹型破口(2)的组织为铁素体晶界碳化物，珠光体全部球化，组织发生畸变。由于破口(2)与破口(1)间隔距离较近，故其组织和性能类似。该处破口也属于长期过热爆管。 课程（论文类）试卷 2017 —2018 学年第2 学期 课程名称：材料失效分析与寿命评估论文题目：主蒸汽管道失效分析 任课教师： 学生姓名： 专业﹑学号： 学院： 主蒸汽管道失效分析报告 摘要：随着我国对电力需求的日益增长以及机电设备的复杂化,相应的对机电 设备可靠性和安全性的要求越来越高,开展机电设备的失效与预测分析对提高企业的经济效益和技术管理水平具有十分重要的意义。以蠕变性能作为设计指标的主蒸汽管道是发电厂的关键部件,由于长期在高温高压的恶劣工况下运行,容易发生材质老化和损伤积累,突发性事故也会频频发生,给企业职工的生命安全和国家财产带来严重威胁,因此对主蒸汽管道进行失效分析与寿命预测尤为迫切和重要。本文作者结合工程实例,对主蒸汽管道的失效模式、影响运行寿命的主要因素以及寿命预测的方法进行了较为系统的分析,为发电厂主蒸汽管道的寿命管理提供了理论依据和分析方法,以达到预防和降低事故、减少损失的目的。 关键词：失效分析，寿命，预防 1.失效现象描述 按照原国家劳动部颁布的《压力管道安全管理与监察规定》，主蒸汽管道属于压力管道[1]的范畴。在电力系统或在其它工业企业内，由于主蒸汽管道相对其主体设备结构显得简单，在设计、制造、安装、检验、运行、维护与检修等各个环节对其重视不够，不同程度地还存在着一些技术问题。在我国，压力容器与锅炉安全管理已建立有较完备的安全保证体系，质量技术监督部门与各主管部门都有相应的管理规范，近年来其事故的发生已大为减少。但压力管道的安全管理尚有不少漏洞，管道事故[2]时有发生，造成的经济损失和人员伤亡事故仍相当严重。原劳动部职业安全卫生与锅炉压力容器监察局曾组织调查组专题调查压力管道安全状况，从所整理的240例(其中40例为国外案例)压力管道事故中可以看出问题的严重性，其中124起发生人员伤亡，共死亡184人，伤296人，直接经济损失3000多万元，因停产等因素造成的间接经济损失更为惊人。电力系统对高压、超高压蒸汽管线管理较为严格，水电部从20世纪60年代开始，就对工作温度大于或等于450℃或工作压力大于5.88MaP的蒸汽管道和部件开展了金属技术监督工作，并于1991年颁布了《火力发电厂金属技术监督规程》[3]。电力系统整个管理系统比较严格，设计、制造、安装均由电力部进行资格认可。重要管道、管件从国外进口，国内产管道、管件均由电力部定点生产。在组织体系上，电力部有锅炉压力容器安全监察委员会，各网局[4]设锅炉压力容器检测中心、焊工培训中心。各电厂有金属技术监督车间和金属技术监督员。在火电厂的高温、高压管道事故相对较少。中低压管道由于技术管理工作不够严格，事故相对较多，主蒸汽管道失效所造成的危害十分严重。 2.背景描述 xx石化厂的晴纶厂曾两次发生用于供热的蒸汽管突然爆炸的事故，爆炸部位是在管道弯管固定架附近的管子环焊缝处，管材为C3(炉特类碳素钢)，断口平整，整个环焊缝沿壁厚有1/3-1/2未焊透，在环焊缝断口上还发现有一长200mm，深3-4mm的半椭圆裂纹；xx石化厂主蒸汽管曾连续四次发生膨胀节断裂事故，严重影响了正常生产；xxx发电厂主蒸汽联络门发生断裂事故，9.8MPa的高压蒸汽瞬间喷出，将一名操作人员摔向地面，抢救无效死亡，整个厂房的玻璃也全部粉碎；xxx热电厂发生了因管材缺陷导致运行中重油母管爆裂起火的事故，造成12 耐热材料的失效原因及运用方法 【摘要】本文旨在阐述金川公司冶金炉窑中所使用耐热材料的失效原因以及材料的选择标准，耐热材料是指在工作温度大于300？C以上所使用的钢铁材料。 【关键词】耐热材料失效原因选择方法 金川公司经过几十年的发展，在火法冶金上有各种冶金炉窑设备，在冶炼方式上是比较齐全，且设备台数较多，大小有数十台设备用于各种铜、镍的冶炼，其中有较先进的冶炼设备，也有比较陈旧的设备。这些设备在生产使用过程中会有一定的周期性产生设备零件的损坏，每年为此消耗各种备件达数千吨以上。而这些零件大都是具有耐热性能的零件，损坏原因多种多样，但最直接、最根本的原因是在热环境下工作零件本身所具备的耐热性能达不到或根本不具备耐热性能，导致零件提前结束使用寿命，造成这种结果的原因是对于零件材料的使用性能选择不当所致。下面就耐热材料的失效原因，采用耐热材料的原则、耐热材料的种类予以介绍供参考。 1 材料的失效原因表现形式及解决原则 钢铁材料在热环境下工作会产生一系列机械性能和物理性能的变化。例如：材料表面金属的氧化，机械强度（包括断裂强度、抗拉强度、疲劳强度、蠕变强度等）的显著降低，材料组织发生的变化，奥氏体的转变、马氏体的转变，珠光体向铁素体的转变，晶粒之间慢性滑移等都将在一个热环境下发生不明显的变化，随着时间的推移，达到宏观的变化，结果引起零件的性能不能满足使用要求而报废，耐热材料失效的最主要原因为：氧化原因、蠕变原因、热疲劳原因、高温静载荷强度降低等。下面逐一分析。 （1）氧化原因：放置于大气中的钢铁材料，表面会吸附大气中的氧原子而与铁发生反应，生成铁氧化物，在表面形成气膜，这一反应过程在自然状态下相对缓慢，通过表面处理如刷漆、电镀等完全可减缓之，几乎不会对结构件性能在短时期内构成威胁，而在热环境下，氧溶入钢铁材料表面的速度呈几何速度递增，钢铁材料表面的氧化层不断加厚，当氧化层厚度达到一定程度时，氧化皮脱落，又重新开始新一轮的氧化脱落，当这个结果累积到一定程度时，钢材的机械性能已不能满足零件的需要，导致零件损坏，失去使用性能。 针对钢铁材料在热环境下工作氧化失效的解决措施就是采用合金化办法，在钢铁中加入铬、铝、硅等合金元素，这些元素在热环境下在钢铁表面迅速形成一层致密的氧化膜，阻止氧化的持续侵入。目前常用的不锈钢等耐热钢均为此原理。 （2）蠕变是指钢铁材料在热环境下工作，承受低于屈服强度的压力而产生的低速率塑性变形现象，热环境下，金属晶体滑移的驱动力减少，使晶体易于产生滑移，同时热激活作用也有利于产生交滑移和形变带，常使滑移阻力更低的新 航空电子元器件失效模式及其机理探讨 本文对航空电子元器件的失效模式及失效机理进行了研究，并给出其敏感环境，对于电子产品的设计提供一定的参考。 1 典型元器件失效模式 为获取电子元器件的敏感环境，对其环境相关典型故障模式进行分析，如表1所示。 表1 电子元器件典型故障模式 2 典型元器件失效机理分析 电子元器件的故障模式并不单一，仅对有代表性的部分典型元器件敏感环境的耐受极限进行分析，以得到较为通适的结论。 2.1 机电元件 典型机电元件包括电连接器、继电器等。分别结合两类元器件的结构对其失效模式进行深入分析。 1）电连接器 电连接器由壳体、绝缘体和接触体三大基本单元组成,其失效模式概括起来有接触失效、绝缘失效和机械联接失效三种失效形式。电连接器的主要失效形式为接触失效，其失效表现为：接触对瞬断和接触电阻增大。对于电连接器来说，由于接触电阻及材料导体电阻的存在，当有电流流过电连接器时，接触电阻和金属材料导体电阻将会产生焦耳热，焦耳热升高会使得热量增加，导致接触点的温度升高，过高的接触点温度会使得接触表面的金属软化、融化甚至沸腾，同时也会增大接触电阻，从而引发接触失效。在高温环境的作用下，接触件还会出现蠕变现象，使得接触件之间的接触压力不断减小。当接触压力减小到一定程度后，接触电阻会急剧增大，最后造成电接触不良，引发接触失效。 另一方面，电连接器在贮存、运输和工作时，会受到各种振动载荷和冲击力的作用，当外界振动载荷的激励频率和电连接器固有频率接近时，会使得电连接器产生共振现象，造成接触件的间隙变大，间隙增大到一定程度，接触压力会瞬时消失，从而导致电接触的“瞬断”。在振动、冲击载荷作用下，电连接器内部会产生应力，当应力超过材料的屈服强度时，会使得材料产生破坏和断裂；在这种长期应力的作用下，材料也会发生疲劳损伤，最后引发失效。 万方数据 万方数据 万方数据 材料的环境行为与失效机理 刊名： 中国科学院院刊 英文刊名：BULLETIN OF THE CHINESE ACADEMY OF SCIENCES 年，卷(期)：2001,16(5) 本文读者也读过(9条) 1.孙华.吴欣强.韩恩厚高温高压下碱性溶液pH值的测量[会议论文]-2007 2.钟祥玉.吴欣强.韩恩厚.宋锡滨高温高压水溶液环境中纯Ni热电偶套管腐蚀失效分析[会议论文]-2010 3.贾普荣.矫桂琼.王世伟.潘文弋纤维复合材料界面应力及失效[会议论文]-1998 4.王长利.崔约贤从机械事故失效分析看产品质量管理问题[会议论文]-1998 5.杨自春.程春生.连政忠舰用锅炉耐火纤维材料的失效模式和失效机理研究[期刊论文]-海军工程大学学报2004,16(2) 6.王佳大气腐蚀起始过程中的微液滴现象[会议论文]-2007 7.关继腾.王谦.范业活.房文静.于华.GUAN Ji-Teng.WANG Qian.FAN Ye-Huo.FANG Wen-Jing.YU Hua利用毛管模型研究泥质砂岩电化学测井响应机理[期刊论文]-地球物理学报2010,53(1) 8.伍颖.李卓球.WU Ying.LI Zhuo-qiu材料失效致因论研究[期刊论文]-工业安全与环保2007,33(6) 9.韩恩厚https://www.360docs.net/doc/f25382347.html,tanision几种金属材料在超临界水环境中的腐蚀[会议论文]-1999 本文链接：https://www.360docs.net/doc/f25382347.html,/Periodical_zgkxyyk200105014.aspx APT LED典型失效案例及预防 1.说明 本文主要列举一些客户在使用APT LED光源及APT在长期的实验过程中遇到的典型失效案例，并分析可能的失效原因，最后给出相应的预防措施，引导客户更好的使用APT LED光源。 2.LED失效类型及失效机理(模式) 1)LED失效类型可分： 灾难性失效是指能够导致LED 不能发光或者在正常驱动电流下只能发出微弱光线的失效。 参数失效是指会导致关键特性偏离出可接受范围的失效。 2)LED失效机理（模式）可分： A封装失效：指的是支架锈蚀、连接线断裂、封装材料（固晶胶、封装胶等）结构变化（退化）、荧光粉 失效等引起的失效。 B芯片失效：指的是由芯片材料缺陷、电极材料劣化、PN结结构损伤、芯片电极欧姆接触不良及芯片污 染等引起的失效。 C电应力失效：指的是由过电流过电压冲击、过驱动、静电损伤等引起的失效。 D热应力失效：指的是结温过高、恶劣环境等引起的失效。 E装配失效：指的是焊接不良、装配不当等引起的失效。 3.LED应用典型失效案例及预防 如未经密封处理，避免在酸性环境下点亮。 3 散热不良，LED 温度升高，荧光粉激发效率下降，芯片波长红移 —— A/D/E 做好LED 散热工作，保证LED 的散热通道顺畅（焊接时防止LED 悬浮、倾斜） 4 在高温高湿或是酸性等苛刻环境条件下，荧光粉变质分解，性能下降 A 选用可靠性高的荧光粉材料；避免长期在高温高湿环境下使用；避免酸性环境下在使用 5.闪烁（非 人为控制） 参数失效 1 胶体受外力作用，金球、二焊点不完全剥离，伴随着热胀冷缩时而接触时而剥离（开路），或是金线坍塌，处于临界短路状态 A/D 避免胶体受强的外力作用；SMT 设备的吸嘴尺寸选用要合适；严格控制LED 制程，防止LED 金线坍塌 2 驱动电源故障，产生间歇性驱动电流 —— E 可通过示波器检测， 然后排除电源故障 4. 总结 1) 总结既往经验，在LED 的失效案例中，很大部分是金线连接部分出现问题，APT 最新一代无金线封装陶瓷基板LED ，采用APT 自主研发的倒装焊核心技术，具有低热阻、高可靠性的优点，可减小散热不良及克服一切由金线引起的失效风险。 2) 我们知道LED 是恒流驱动器件，恒压驱动长期使用会极大影响LED 的寿命。过电压过电流冲击、使用也很大可能会造成LED 的失效，应在LED 的额定电流内使用。 3) LED 是温度敏感器件，结温升高会影响LED 的可靠性（寿命）、电气参数（正向电压、最大注入电流、光效）、色度（色坐标、色温），应注意保证LED 散热通道的顺畅。 4) LED 也是静电敏感器件，使用中应做好ESD 防护，防止LED 受到损伤。 MEMS典型的失效机理 引言 微机电系统(MEMS：Micro-Electro-mechanical System)是基于微电子技术和超精密机械加工技术而发展起来的，将传感器、执行器、机械机构、信息处理和控制电路等集成于一体的集成微型器件或系统，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。与传统的器件相比，其具有可大批量生产、成本低、功耗少和集成化程度高等显著的特点。常用的MEMS器件包括加速度、压力、化学、流体传感器，以及微镜、陀螺仪等，广泛地应用于消费电子、通信、航空、汽车、生物医疗、家电和环境等领域。然而，随着应用领域的日益广泛，MEMS 器件需在各种恶劣的环境下完成传感、执行等功能，因此其可靠性问题变得越来越突出，已经成为了制约MEMS产业进一步发展的重要因素。 MEMS典型的失效机理 通用的MEMS器件中的部件主要有结构梁、结构薄膜、平层、铰链、空腔和齿轮装置等。虽然MEMS器件的应用非常广泛，但在特定的环境条件下，其部件经常会经历相同的退化或失效模式。本文详细地讨论了MEMS器件中常见的失效模式及其失效机理，主要包括粘附、磨损、金属蠕变、脆性断裂、分层和碎屑污染。 1. 粘附 粘附失效是MEMS中最常见且无法避免的问题之一。MEMS的尺寸微小，其可动结构部件由微米级的薄膜加工而成，比表面积大大地增加。根据比例定律，当表面力占主导作用时，会使得结构部件表面在接触时很容易发生粘附而导致器件失效(如图1所示)。MEMS 中主要的表面力是毛细力、分子范德华力和静电力。 图1 梳齿驱动器的粘附失效SEM图 在湿度环境中，封装后的MEMS器件若因封装密封性不好使其悬臂梁暴露在空气中，水汽会因毛细凝聚作用自发地凝聚在表面微小的空隙或空洞中，形成水弯月面。由于分子范德华力的作用，梁上下表面出现应力差，导致悬臂梁发生弯曲。当梁面与其他表面接触时，汽机高温蠕变和低周疲劳对转子寿命的影响.
电迁移现象及其失效机理
材料失效分析
电迁移现象及其失效机理
电子元器件失效分析技术及经典案例 (1)
常见的电子元器件失效机理与分析
疲劳失效机理概述
蠕变
材料失效分析
耐热材料的失效原因及运用方法
航空电子元器件失效模式及其机理探讨
材料的环境行为与失效机理
LED典型失效案例及预防
MEMS典型的失效机理