电子产品失效模式分析
PFMEA-失效模式分析
02
失效模式分析
失效模式定义
失效模式定义
01
失效模式是指产品或过程中可能出现的不满足设计意图、技术
要求或操作规范的状或现象。
失效模式分类
02
根据失效的性质和影响程度，失效模式可以分为功能失效、性
能失效、安全失效、适应性失效等类型。
失效模式分析方法
03
失效模式分析方法包括故障树分析、事件树分析、故障模式与
制定改进措施和预防措施
01
根据分析结果，制定针对性的改进措施，以提高产品或过程的 性能、安全性和可靠性。
02
制定预防措施，降低失效模式的发生风险，包括设计优化、工
艺改进、环境控制和使用指导等。
跟踪改进措施和预防措施的实施效果，持续改进，确保产品质
03
量和过程稳定。
04
PFMEA案例分析
案例一：汽车刹车系统PFMEA分析
识别关键特性，确定分析的重点，确 保分析的准确性和有效性。
列出潜在的失效模式
通过头脑风暴、历史数据分析和经验总结等方法，列出可能的失效模式，确保覆盖全面。
对失效模式进行分类和整理，以便后续分析。
分析失效模式的后果
分析失效模式对产品或过程性能、安 全性、可靠性和符合性等方面的影响 。
评估失效模式对客户满意度和生产成 本的影响，以便制定有效的改进措施 。
主观性
在评估失效模式的严重程度、发生频率和检测难度时，可能存在 主观性，导致结果的不一致。
静态性
PFMEA通常在产品开发阶段进行，而后期的更改和改进可能未 被考虑。
PFMEA未来发展方向
人工智能与机器学习应用
利用人工智能和机器学习技术辅助PFMEA分析，提高识别失效模式 的准确性和效率。
电子产品组装中陶瓷电容常见失效模式及改善建议
电子产品组装中陶瓷电容常见失效模式及改善建议电子产品中常见的陶瓷电容失效模式有漏电、断线、破裂等。
以下是对这些失效模式的分析以及改善建议。
1.漏电：陶瓷电容的漏电是指电容器在工作过程中出现电流通过绝缘材料，导致电容器失效。
这可能是由于陶瓷电容的绝缘层质量不良引起的，也可能是由于电容器使用环境中的湿度过高引起的。
改善建议：a.选择高质量的陶瓷电容器，确保陶瓷材料具有良好的绝缘性能。
b.控制电容器使用环境中的湿度，避免湿度过高导致漏电。
2.断线：陶瓷电容器的断线通常发生在电容器的引线位置。
这可能是由于工艺不良引起的，也可能是由于电容器的引线材料质量不良引起的。
改善建议：a.提高制造工艺的质量控制，确保电容器引线与电容体之间的连接牢固可靠。
b.选择高质量的引线材料，确保引线的连接性能良好。
3.破裂：陶瓷电容器的破裂通常发生在电容器的外壳上。
这可能是由于外界应力过大引起的，也可能是由于制造工艺不良引起的。
改善建议：a.设计和选择合适尺寸的陶瓷电容器，以满足实际应用场景的需求，避免外界应力过大。
b.提高制造工艺的质量控制，确保电容器外壳的强度满足要求。
此外，还有几个改善建议适用于以上三种常见失效模式：a.进行多次的温度循环测试，以确保陶瓷电容能够在不同温度范围下稳定工作。
b.对陶瓷电容器进行严格的耐压测试，以确保其能够在额定电压范围内正常工作。
c.对陶瓷电容器进行振动和冲击测试，以确保其能够在不同振动和冲击条件下正常工作。
综上所述，在电子产品的组装中，陶瓷电容常见的失效模式是漏电、断线和破裂。
为了改善这些失效模式，应选择质量优良的陶瓷材料和引线材料，改善制造工艺的质量控制，并进行必要的温度循环、耐压、振动和冲击测试等。
这些措施可以确保陶瓷电容器在电子产品中的可靠性和稳定性。
FMEA失效分析与失效模式分析
FMEA失效分析通常包括失效模式分析作为其一部分，两者都是质量 保证和可靠性工程的重要工具。
02
FMEA失效模式分析
失效模式的定义与分类
失效模式定义
在产品或过程中，可能导致产品或系 统不能达到预期功能的现象或问题。
失效模式分类
按失效的性质可分为功能失效、潜在 失效、外观失效等；按失效的原因可 分为设计缺陷、制造缺陷、使用不当 等。
06
案例研究
案例一：汽车刹车系统的FMEA失效分析
总结词
全面分析，预防为主
详细描述
通过对汽车刹车系统进行FMEA失效分析， 识别出潜在的失效模式和原因，并采取相应 的预防措施，确保刹车系统的可靠性和安全
性。
案例二
要点一
总结词
细致入微，失效定位
要点二
详细描述
对电子产品电路板进行FMEA失效模式分析，准确定位失 效模式和原因，提出改进措施，提高电路板的可靠性和稳 定性。
失效风险
指产品或系统在实现其功能过程中可能出现的故障、异常或性能下降的风险。
分类
按照失效模式和影响分析（FMEA）的方法，失效风险可分为功能失效风险和潜在失效 风险。
失效风险的分析方法
01
故障树分析（FTA）
通过建立故障树，分析系统各部件的故障对系统整体性能的影响。
02
事件树分析（ETA）
通过建立事件树，分析系统各事件的发生对系统性能的影响。
失效模式的分析方法
故障树分析法
01
通过建立故障树，分析导致故障的各种因素，确定故障发生的
概率和影响程度。
故障模式与影响分析法
02
分析产品或系统的各种故障模式，评估其对系统功能的影响程
某型电力电子元器件失效模式分析及安全评估
某型电力电子元器件失效模式分析及安全评估电力电子元器件是现代电力系统中不可缺少的重要组成部分。
但是，电力电子元器件失效或故障会对电力系统带来巨大威胁，造成电力系统的故障、损坏和停电等严重后果。
因此，对电力电子元器件失效模式进行分析和安全评估显得非常必要。
一、电力电子元器件的种类和应用电力电子元器件分为直流电力电子元器件和交流电力电子元器件两类。
直流电力电子元件包括整流器、逆变器、变流器、DC/DC转换器等，常用于高压直流输电、电力电子变频调速、电力调控等方面。
交流电力电子元件包括电力电容器、电抗器、静止无功补偿器、电力滤波器等，主要用于交流输电线路、电力质量优化和稳定电网等领域。
二、电力电子元器件失效模式分析电力电子元器件失效模式可以分为断路、短路、失效、老化等几类。
1、断路故障断路故障是电力电子元件故障的一种常见形式。
常见的导致电力电子元件断路的原因有负载电流过大、温度过高、振动和电压过高等。
当电力电子元件断路时，其输电功率会下降或停止，会对电力系统产生影响。
2、短路故障短路故障也是电力电子元件的常见故障形式之一。
短路故障通常包括电容短路、绕组短路和击穿故障等。
短路故障一般由电力电子元件内部的过电流、过压等原因引起。
3、失效故障失效故障指电力电子元器件不再能够发挥其原有的功能，通常由于光、水分、电压和温度等因素所引起。
4、老化故障老化故障是电力电子元器件在一定的使用时间内逐渐失效的过程。
电力电子元器件的老化一般来源于其内部微观结构的改变和物理性能的缺陷。
三、电力电子元器件安全评估为了保障电力系统的稳定、安全运行，进行电力电子元器件的安全评估是非常必要的。
电力电子元器件的安全评估包括可靠性评估和安全性评估。
1、可靠性评估可靠性评估是指对电力电子元器件在一定条件下正常运行的能力进行评估。
可靠性评估一般包括降低失效率和增加平均故障时间两方面。
2、安全性评估安全性评估是指对电力电子元器件在故障或失效时对电力系统造成危害的可能性进行评估。
产品潜在失效模式及后果分析
产品潜在失效模式及后果分析目录1. 产品潜在失效模式及后果分析概述 (2)1.1 研究目的 (3)1.2 研究方法 (4)1.3 研究范围 (5)2. 失效模式分类及描述 (7)2.1 设计失效模式 (8)2.1.1 设计缺陷 (9)2.1.2 设计不合理 (10)2.1.3 设计错误 (11)2.2 制造失效模式 (12)2.2.1 材料失效 (13)2.2.2 工艺失效 (14)2.2.3 装配失效 (16)2.3 使用失效模式 (18)2.3.1 操作不当 (19)2.3.2 维护不当 (20)2.3.3 环境因素影响 (21)3. 潜在失效模式分析方法 (22)3.1 FMEA(失效模式及后果分析)方法 (23)3.1.1 定义和目的 (25)3.1.2 步骤和流程 (26)3.1.3 结果和改进措施 (27)3.2 CBET(控制基于工程的方法)方法 (28)3.2.1 定义和目的 (29)3.2.2 步骤和流程 (30)3.2.3 结果和改进措施 (31)4. 具体案例分析 (32)4.1 案例一 (32)4.2 案例二 (33)4.3 案例三 (34)5. 结果与讨论 (35)5.1 FMEA结果报告示例 (36)5.2 CBET结果报告示例 (38)5.3 结果讨论与改进建议 (38)1. 产品潜在失效模式及后果分析概述产品潜在失效模式及后果分析（PFMEA）是一种分析工具，用于识别产品在设计、制造和生命周期各个阶段的潜在失效模式。
它旨在预测和预防潜在的产品失效，以及评估和减少产品对用户造成的不利后果。
本文档概述了如何实施产品潜在失效模式及后果分析的过程和方法，旨在提高产品质量和安全性。
产品潜在失效模式及后果分析是质量管理和风险管理的一种技术，用于评估产品或过程可能发生的失败以及这种失败可能导致的后果。
PFMEA可以帮助识别产品设计中的潜在问题，以及制造过程中的潜在缺陷，从而提高产品的可靠性、安全性和性能。
电子电器产品失效分析技术
举例说明：失效分析的概念和作用
• 某EPROM 使用后无读写功能； • 失效模式：电源对地的待机电流下降； • 失效部位：部分电源内引线熔断； • 失效机理：闩锁效应； • 确定失效责任方：模拟试验； • 改进措施建议：改善供电电网，加保护电路。
26
失效分析的受益者
• 元器件厂：获得改进产品设计和工艺的依据 • 整机厂：获得索赔、改变元器件供货商、改进电路设计、改进电路板制
2、应力－时间模型（反应论模型） 失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超差。如金属电迁移、腐蚀、 热疲劳
7
温度应力-时间模型
dM
E
Ae kT
dt
T高，反应速率大，寿命短； E大，反应速率小，寿命长。
8
温度应力的时间累积效应
E
M t M 0AekT(tt0)
失效原因：温度应力的时间累积效应，特性变化超差。
15
目录
失效物理的概念
微电子器件失效机理
失效分析技术
16
失效模式的概念
失效的表现形式叫失效模式。
按电测结果分类：
A、开路、 B、短路或漏电、 C、参数漂移、 D、功能失效
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失效机理的概念
■ 失效的物理化学根源叫失效机理。 ■ 开路的可能失效机理：过电烧毁、静电损伤、金属电迁移、金属的电
化学腐蚀、压焊点脱落、CMOS电路的闩锁效应
电子电器产品失效分析技术
1
（二）、失效物理的概念
■ 定 义：研究电子元器件失效机理的学科 ■ 失效机理：失效的物理化学根源 ■ 举 例：金属电迁移
4
金属电迁移
▼ 失效模式：金属互连线电阻值增大或开路； ▼ 失效机理：电子风效应； ▼ 产生条件：电流密度大于10E5A/cm2； ▼ 纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜，降低工作温度，减少
电子电器产品失效分析技术
•
确定引起失效的责任方（用应力－强度模型说明）
•
•
确定失效原因
为实施整改措施提供确凿的证据
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举例说明：失效分析的概念和作用
•
某EPROM 使用后无读写功能；
• 失效模式：电源对地的待机电流下降；
• 失效部位：部分电源内引线熔断；
• 失效机理：闩锁效应；
• • 确定失效责任方：模拟试验； 改进措施建议：改善供电电网，加保护电路。
26
失效分析的受益者
• •
元器件厂：获得改进产品设计和工艺的依据 整机厂：获得索赔、改变元器件供货商、改进电路设计、改进电路板制 造工艺、提高测试技术、设计保护电路的依据
•
•
整机用户：获得改进操作环境和操作规程的依据
提高产品成品率和可靠性，树立企业形象，提高产品竞争力
27
失效分析技术的延伸
• 进货分析的作用：选择优质的供货渠道，防止假冒伪劣元器件进入整机 生产线 良品分析的作用：学习先进技术的捷径 破坏性物理分析（DPA）：失效前的物理分析
9
失效物理模型小结
◆
应力－强度模型与断裂力学模型相似，不考虑激活能和时间效应，适 用于偶然失效和致命性失效，失效过程短，特性变化快，属剧烈变 化 ，失效现象明显；
◆
应力－时间模型（反应论模型）与牛顿力学模型相似，考虑激活 时间效应，适用于缓慢退化，失效现象不明显。
10
应力-时间模型的应用：预计元器件平均寿命
L2 E 1 1 exp( ( )) L1 k T2 T1
设定高温为T1，低温为T2，可求出F。
12
• • • • •
由高温寿命L1推算常温寿命L2 F=L2/L1 对指数分布 L1=MTTF=1/λ λ 失效率
电子产品失效分析大全
电子产品失效分析大全继电器失效分析1、样品描述所送样品是3种继电器，其中NG样品一组15个，OK样品2组各15个，代表性外观照片见图1。
委托单位要求分析继电器触点的元素成分、各部件浸出物的成分，确认是否含有有机硅。
图1 样品的代表性外观照片2、分析方法2.1 接触电阻首先用毫欧计测试所有继电器A、B接点的接触电阻，A、B接点的位置见图2所示，检测结果表示NG样品B点的接触电阻均大于100 mΩ，而2种OK样品的A、B点的接触电阻均小于100 mΩ。
图2 样品外观照片2.2 SEM&EDS分析对于NG品，根据所测接点电阻的结果，选取B接点接触电阻值高的2个继电器，对于2种OK品，每种任选2个继电器，在不污染触点及其周围的前提下，将样品进行拆分后，用SEM&EDS分析拆分后样品的触点及周围异物的元素成分。
触点位置标示如图3所示。
所检3种样品共6个继电器的触点中，NG品的触点及触点周围检出大量的含碳（C）、氧（O）、硅（Si）等元素的异物，而OK品的触点表面未检出异物。
典型图片如图4、图5所示。
图3 触点位置标识（D指触点C反面）图4 NG样品触点周围异物SEM&EDS检测结果典型图片图5 OK样品触点的SEM&EDS检测结果典型图片2.3 FT-IR分析在不污染各部件的前提下，将2.2条款中剩下的继电器进行拆分，并将拆分后的部件分成3组，即A组（接点、弹片（可动端子、固定端子））、B组（铁片、铁芯、支架、卷轴）、C组（漆包线），分别将A、B、C组部件装入干净的瓶中，见图6所示，处理后用FT-IR分析萃取物的化学成分，确认其是否含有有机硅。
图6 拆分后样品的外观照片结果表明，所检3种样品各部件的萃取物中，NG样品B组（铁片、铁芯、支架、卷轴）和C 组（漆包线）检出有机硅，其他样品的部件未检出有机硅。
典型图片见图7所示。
图7 NG品C组部件萃取物与聚二甲基硅氧烷的红外吸收光谱比较图3、结论1）所检3种继电器样品中，NG品B接点的接触电阻均大于100mΩ，不符合要求；而OK品A、B接点的接触电阻及NG品A接点的接触电阻均小于100mΩ，符合要求；2）所检3种继电器（2个/种）的触点中，NG品的触点及触点周围检出大量的含碳（C）、氧（O）、硅（Si）等元素的异物，而OK品的触点表面未检出异物；3）所检3种继电器（13个/种）部件的萃取物中，NG品B组（铁片、铁芯、支架、卷轴）和C组（漆包线）检出有机硅，其他样品的部件未检出有机硅。
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电子产品失效模式分析
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。
01、失效分析流程
图1 失效分析流程
02、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
4、高分子材料失效分析
高分子材料技术总的发展趋势是高性能化、高功能化、复合化、智能化和绿色化。
因为技术的全新要求和产品的高要求化，而需要通过失效分析手段查找其失效的根本原因及机理，来提高产品质量、工艺改进及责任仲裁等方面。
失效模式断裂，开裂，分层，腐蚀，起泡，涂层脱落，变色，磨损失效
常用手段
成分分析：
•傅里叶红外光谱仪(FTIR)
•显微共焦拉曼光谱仪(Raman)
•扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)
•X射线荧光光谱分析(XRF)
•气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)
•裂解气相色谱-质谱联用(PGC-MS)
•核磁共振分析(NMR)
•俄歇电子能谱分析(AES)
•X射线光电子能谱分析(XPS)
•X射线衍射仪(XRD)
•飞行时间二次离子质谱分析(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)
裂解分析：
•裂解气相色谱-质谱法
•凝胶渗透色谱分析(GPC)
•熔融指数测试(MFR)
断口分析：扫描电子显微镜(SEM)，X射线能谱仪(EDS)等物理性能分析：硬度计，拉伸试验机，万能试验机等
▍5、复合材料失效分析
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成。
具有比强度高，优良的韧性，良好的环境抗力等优点，因此在实际生产中得以广泛应用。
失效模式断裂，变色失效，腐蚀，机械性能不足等
常用手段
无损检测：射线检测技术( X 射线、γ 射线、中子射线等)，工业CT,康普顿背散射成像(CST)技术，超声检测技术(穿透法、脉冲反射法、串列法)，红外热波检测技术，声发射检测技术，涡流检测技术，微波检测技术，激光全息检验法等。
成分分析：X射线荧光光谱分析(XRF)等，参见高分子材料失效分析中成分分析。
热分析：重分析法(TG)、差示扫描量热法(DSC)、静态热机械分析法(TMA)、动态热机械分析(DMTA)、动态介电分析(DETA)
破坏性实验：切片分析(金相切片、聚焦离子束(FIB)制样、离子研磨(CP)制样) ▍6、涂层/镀层失效分析
图7 左IC分层失效、右涂层样品界面点腐蚀失效
失效模式分层，开裂，腐蚀，起泡，涂/镀层脱落，变色失效等
常用手段
成分分析：参见高分子材料失效分析热分析：参见高分子材料失效分析断口分析：体式显微镜(OM)、扫描电镜分析(SEM)
物理性能：拉伸强度、弯曲强度等。