材料的分類 

材料可按多種方法進(jìn)行分類。按用途分為電子材料、宇航材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。按物理化學(xué)屬性分為金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料。

失效分析的意義

失效分析一般是指失效模式和現(xiàn)象，通過(guò)分析和驗(yàn)證，模擬重現(xiàn)失效的現(xiàn)象，找出失效的原因，挖掘出失效的機(jī)理的活動(dòng)。在提高產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)開(kāi)發(fā)、改進(jìn)，產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

各種材料的失效分析案例集

*PART 1*

金屬材料失效分析

釹鐵硼永磁材料

燒結(jié)釹鐵硼永磁材料具有優(yōu)異的磁性能，廣泛應(yīng)用于電子、電力機(jī)械、醫(yī)療器械、玩具、包裝、五金機(jī)械、航天航空等領(lǐng)域，較常見(jiàn)的有永磁電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁選機(jī)、計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁共振成像設(shè)備儀表等。

釹鐵硼燒結(jié)缺陷

MLCC 鎳電極

MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多層陶瓷電容器的英文縮寫。是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來(lái)，經(jīng)過(guò)一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極）。金屬極片內(nèi)部存在結(jié)構(gòu)缺陷，將有可能導(dǎo)致整個(gè)電容器的失效。

鎳電極燒結(jié)缺陷（鎳電極外包了一層氧化鎳）

*PART 2*

高分子材料失效分析案例

隱形眼鏡

彩色隱形眼鏡是一種為了改變佩戴者虹膜顏色而在光學(xué)區(qū)外圍虹膜區(qū)增強(qiáng)著色的軟性美容接觸鏡。彩色隱形眼鏡成型工藝比普通隱形眼鏡復(fù)雜，隱形眼鏡的彩色移印技術(shù)使得美瞳有了更多的色彩，但是轉(zhuǎn)印失效將會(huì)影響隱形眼鏡的正常使用。

彩色轉(zhuǎn)印失效

*PART 3*

無(wú)機(jī)非金屬材料失效分析案例

陶瓷材料

陶瓷具有優(yōu)異的絕緣、耐腐蝕、耐高溫、硬度高、密度低、耐輻射等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著高新技術(shù)工業(yè)的興起，各種新型特種陶瓷也獲得較大發(fā)展，陶瓷已日趨成為卓 越的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。陶瓷的加工工藝也會(huì)影響陶瓷的性能，加工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題也會(huì)造成陶瓷材料的失效。

陶瓷材料后加工造成裂紋產(chǎn)生

*PART 4*

復(fù)合材料失效分析案例

 鋰電池負(fù)極材料石墨粉體包覆硅酮玻璃膠 

粉體包覆是對(duì)粉體材料進(jìn)行性能改性的重要方式，包覆是否均勻，是否包覆成功等都決定了粉體的性能。對(duì)鋰電池負(fù)極材料石墨粉體包覆硅酮玻璃膠進(jìn)行性能改性，需要關(guān)注包覆是否均勻以及是否存在空包的情況，以進(jìn)行工藝的改進(jìn)。

石墨粉體空包和正常包覆對(duì)比

*PART 5*

其他失效分析案例

鍍鎳層失效分析

電鍍鎳是通過(guò)電解在金屬或某些非金屬表面鍍上一層鎳。電鍍鎳時(shí)由于鎳能迅速生成表面鈍化膜，從而抵抗大氣等某些酸性氣體的腐蝕。電鍍鎳結(jié)晶細(xì)小，具有優(yōu)良拋光性能，鍍鎳層經(jīng)過(guò)拋光后外表光澤，因此，電鍍鎳拋光經(jīng)常被用于裝飾加工。鍍鎳層硬度較高，可提高耐磨性。鍍鎳層浮起、不均勻以及結(jié)晶異常等，都會(huì)導(dǎo)致鍍層失效。

鍍層正常結(jié)晶和異常結(jié)晶對(duì)比

以上案例均使用 Technoorg Linda 離子研磨儀進(jìn)行制樣處理，使用 Phenom 飛納臺(tái)式掃描電鏡進(jìn)行拍攝。

線上研討會(huì)直播預(yù)告

更多案例分享，敬請(qǐng)關(guān)注 2022 年 12 月 13 日“材料失效分析線上研討會(huì)”，資 深掃描電鏡 & 離子研磨制樣專家朱俊文，將為大家分享經(jīng)典失效分析實(shí)際案例：

• 金屬材料失效分析

• 高分子材料失效分析

• 無(wú)機(jī)非金屬材料失效分析

• 復(fù)合材料失效分析

• 涂層 / 鍍層失效分析

• PCB / PCBA 失效分析

• 電子元器件失效分析

2022 年 12 月 13 日，由復(fù)納科學(xué)儀器（上海）有限公司主辦的【材料失效分析線上研討會(huì)】如期舉行。由資 深的電鏡專家&離子研磨應(yīng)用專家朱俊文為大家分享了各類材料的失效案例：

• 金屬材料失效分析

• 高分子材料失效分析

• 無(wú)機(jī)非金屬材料失效分析

• 復(fù)合材料失效分析

• 涂層 / 鍍層失效分析

• PCB / PCBA 失效分析

• 電子元器件失效分析

此次線上研討會(huì)，吸引了各個(gè)材料相關(guān)領(lǐng)域研究人員的參加，為大家提供了一個(gè)材料失效分析的交流平臺(tái)。同時(shí)大家也提出了一些問(wèn)題進(jìn)行探討和交流，小編對(duì)于大家的疑問(wèn)也進(jìn)行了匯總，并邀請(qǐng)應(yīng)用專家進(jìn)行了答疑。   

Q1

對(duì)于高分子膜片，如 PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯），如果希望研究其截面的微小缺陷（微米級(jí)），有什么好的辦法能夠保持其斷面的完整性，避免樣品處理對(duì)其實(shí)際結(jié)構(gòu)的影響？

A1

PET 基本上是不太好處理，我們以前做過(guò)的 PET 大部分是有一些層與層之間要疊加在一起。想要解決這個(gè)問(wèn)題最重要的就是樣品處理的方法，一般會(huì)比較建議用離子研磨儀來(lái)做樣品處理，這樣才有辦法對(duì)于 PET 等高分子的多層復(fù)合材料去把它的截面及之間摻雜的狀況看得清楚，同時(shí)也需要搭配一個(gè)性能比較優(yōu)異的掃描電鏡，這樣才可以看得到類似的高分子的結(jié)構(gòu)。

Q2

離子研磨儀是什么？

A2

離子研磨儀屬于一款制樣設(shè)備，可以想象成簡(jiǎn)易版的 FIB，利用離子槍給做樣品表面的清潔或者切割，這樣可以使得樣品的橫截面裸露出來(lái)，重 點(diǎn)不會(huì)有任何熱、應(yīng)力以及破環(huán)問(wèn)題。切割尺寸接近于原子狀態(tài)，所以研磨出來(lái)的效果可以控制在納米的程度。

Q3

離子研磨表面怎么處理？

A3

離子研磨就是用離子束以很低的角度去轟擊樣品表面，類似我們?cè)谧瞿竟r(shí)候，用刨刀去切割，使木材的木紋顯露出來(lái)，而如果我們用鋸子去鋸木頭的時(shí)候，就看不到更加細(xì)節(jié)的截面。離子束跟一般我們做傳統(tǒng)的晶相研磨還是有很大的差異，離子研磨性價(jià)比高，但需要很專業(yè)的處理經(jīng)驗(yàn)。

Q4

目前離子研磨的寬度范圍有大于 1cm 嗎？最 大樣品尺寸有多少？

A4

目前離子研磨能夠處理的樣品寬度可以做到厘米等級(jí)，最 大的樣品尺寸可以做到 5cm，樣品寬度可以做到 1.5cm。如果是對(duì)樣品進(jìn)行切割，可以做到接近于厘米的等級(jí)，大概可以做到幾個(gè)毫米的寬度。

Q5

離子研磨 (CP) 與聚焦離子束 (FIB) 分別重 點(diǎn)應(yīng)用于哪些類材料的處理？

A5

總體而言，各有利弊。聚焦離子束有很多種類，一般而言 FIB 主要做精確的定位切割，對(duì)于技術(shù)要求很高，而且產(chǎn)品的價(jià)位也很高，目前大概都百萬(wàn)美金左右。而離子研磨就便宜很多，處理面積也比較大，唯 一的缺點(diǎn)就是無(wú)法做到納米等級(jí)。如果定位要做到微米等級(jí)，那么一般還是建議使用離子研磨。離子研磨處理樣品會(huì)比較快，可以制作截面、或表面拋光，應(yīng)用的范圍比較廣泛，操作也比較簡(jiǎn)單，很容易做失效分析。而如果是 FIB 的話，在設(shè)備投資和人員培訓(xùn)上要求都很高。

Q6

為什么有時(shí)候在離子束（FIB）成像下能看到的細(xì)節(jié)，譬如臟污，在電子束（SEM）成像卻看不到？

A6

離子束的成像跟電子束的成像完全不一樣。因?yàn)橐粋€(gè)是電子源一個(gè)是離子源，捕捉的信號(hào)也稍微不太一樣?；旧想x子束的顆粒是比較大的，通常解析度會(huì)比較差，結(jié)晶相的選擇性也是非常非常高的。電子束成像的時(shí)候，解析度會(huì)很高，但是對(duì)于 ECCI 像會(huì)比較差。

Q7

有鋁銅復(fù)合片，復(fù)合面鋁銅電腐蝕類的 SEM 效果嗎？

A7

我們之前做過(guò)異金屬結(jié)合的，通常我們會(huì)去把它切開(kāi)，直接看結(jié)合面的情況，通常都會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)散，比如銅會(huì)擴(kuò)散到鋁層，鋁會(huì)擴(kuò)散到銅層。那一般我們會(huì)看這個(gè)鍵合線，通常這個(gè)鍵合線的界面不是很清楚。

Q8

鋁球周圍一圈氧化物分布，Mapping 通常是一個(gè)小范圍，怎樣看一圈呢？

A8

想要看到一個(gè)圈，那么我們必須把樣品切開(kāi)。現(xiàn)在很多粉體的研究，喜歡做表面的改性研究。為了進(jìn)一步研究改性的狀態(tài)，此時(shí)我們需要用離子研磨去把它直接切開(kāi)，去做橫截面的觀察，這樣就可以很清楚的看到粉體表面所做的鈍化層、氧化成或者一些其他的金屬層的詳細(xì)情況。

Q9

通過(guò) SEM 觀察薄膜的截面，對(duì)硅片樣品要如何預(yù)處理？

A9

一般情況，這些硅片都會(huì)有些填料，想要破片沒(méi)有那么容易，所以大部分也要利用離子研磨做直接的切割，這樣最快而且效果也最 好。

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都說(shuō)示波器是電子工程師的“眼睛”，可見(jiàn)其重要性。本期安泰測(cè)試培訓(xùn)學(xué)院為大家?guī)?lái)精品課程——《示波器觸發(fā)精講》，讓你進(jìn)一步了解示波器，有興趣的小伙伴速來(lái)報(bào)名吧~

一、培訓(xùn)主題：示波器觸發(fā)精講

培訓(xùn)時(shí)間：

2019年10月31日（星期四）14:00-17:00

二、培訓(xùn)講師：

技術(shù)支持工程師馬秦

三、培訓(xùn)地點(diǎn)：

西安市高新區(qū)高新四路志誠(chéng)商務(wù)C209培訓(xùn)室

四、培訓(xùn)內(nèi)容：

1. 觸發(fā)電路原理講解；

2. 觸發(fā)模式機(jī)制與應(yīng)用簡(jiǎn)介；

3. 總線（I2C,SPI,CAN,LIN）幀結(jié)構(gòu)介紹與觸發(fā)設(shè)置方法闡述；

4. 常用探頭選擇與介紹。

往期精彩培訓(xùn)

電子器件在實(shí)際服役過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)原因或器件與環(huán)境相互作用，性能或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能會(huì)出現(xiàn)性能下降或者破壞，需要對(duì)失效的原理、機(jī)理進(jìn)行明確的分析并制定相應(yīng)的改善措施。

失效分析對(duì)于糾正設(shè)計(jì)和研發(fā)錯(cuò)誤、完善產(chǎn)品、提高產(chǎn)品良品率和可靠性有重要意義，飛納電鏡可以提供簡(jiǎn)單、高效、精確的電子半導(dǎo)體材料檢測(cè)方案，對(duì)于失效模式的確定有極大的幫助。

1. 案例一 

電子器件的異物分析

在電子器件的生產(chǎn)中，往往由于原料不純、制程污染等原因引入一些雜質(zhì)，這些異物對(duì)產(chǎn)品性能有很大影響，常會(huì)造成器件的失效。在分析的過(guò)程中，利用搭載 EDS 的掃描電鏡的形貌分析能力和元素分析能力，可以很好的找到異物，并對(duì)異物形態(tài)、成分、位置進(jìn)行確認(rèn)，進(jìn)而幫助異物的溯源和工藝的改善。如下述案例中所示為鋁墊表面的異物分析，在光學(xué)顯微鏡下可以發(fā)現(xiàn)鋁墊表面存在的一些白點(diǎn)，利用 Phenom 電鏡的光鏡—電鏡聯(lián)動(dòng)功能，可以快速的進(jìn)行缺陷的定位，再通過(guò) EDS-mapping 進(jìn)行成分分析可以明顯的發(fā)現(xiàn)含 Cl、Ag 的異物，殘留的氯會(huì)導(dǎo)致打線的結(jié)合力變差而引起失效。

鋁墊表面異物的 EDS 分析 

在制備過(guò)程中利用化鎳金作為最 后的保護(hù)層已經(jīng)成為越來(lái)越多的電子產(chǎn)品的制備工藝了，但是化鎳金的表面也有可能遇到吃錫不良的問(wèn)題，金面污染和鎳腐蝕就是兩種典型的原因。如下案例中 (A)、(B) 所示，在金面上 EDS 分析發(fā)現(xiàn)了明顯的 C、O、S 等雜質(zhì)元素，這些污染物就會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程中出現(xiàn)吃錫不良。另外一種吃錫不良的原因-鎳腐蝕通過(guò)表面往往很難發(fā)現(xiàn)，這時(shí)可以借助離子切割獲得平整的斷面，對(duì)斷面進(jìn)行 EDS 分析就可以對(duì)是否是鎳腐蝕造成吃錫不良進(jìn)行分析了。

吃錫不良缺陷的 EDS 分析 

02. 案例二

材料的斷面分析

對(duì)于電子半導(dǎo)體材料而言，其失效缺陷很多時(shí)候在表面是難以發(fā)現(xiàn)的，如上述案例中提到的化鎳金吃錫不良，這種時(shí)候借助斷面分析往往可以得到更多的收獲。如下圖 (A)、(B) 所示為吃錫不良處的掃描電鏡 (SEM) 圖像分析，無(wú)法發(fā)現(xiàn)太多異狀，但是，對(duì)比 (C)、(D) 的斷面分析可以清楚的看到鎳腐蝕已經(jīng)深入銅層。

對(duì)于 PCB 板，鍍銅層是否存在“柱狀結(jié)晶”等嚴(yán)重影響鍍層熱可靠性異的結(jié)晶狀態(tài)、鍍層間是否存在“空洞”、“裂紋”等不易監(jiān)控到的異常、IMC 層是否連續(xù)均勻......這些問(wèn)題都需要利用斷面分析來(lái)進(jìn)行判斷。如下述案例 (A)、(B) 中所示的夾雜物，案例 (C)、(D) 所展示的為有無(wú) IMC 層及 IMC 層是否連續(xù)均勻的觀察，沒(méi)有連續(xù)均勻的 IMC 層往往容易導(dǎo)致焊點(diǎn)間的結(jié)合不牢。

03.

Webinar 預(yù)告

為了進(jìn)一步促進(jìn) PCB 行業(yè)相關(guān)客戶的深度交流與溝通，飛納電鏡 —— 復(fù)納科學(xué)儀器（上海）有限公司聯(lián)合北京軟件產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)檢驗(yàn)中心以及廣州皓悅新材料科技有限公司一起圍繞“PCB 行業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)分析”這一話題展開(kāi)討論，探討 PCB 行業(yè)最 新行業(yè)解決方案及測(cè)試分析方法。

直播時(shí)間

2023 年 1 月 12 日 14:00-16:00

組織機(jī)構(gòu)

主辦方：

復(fù)納科學(xué)儀器（上海）有限公司

協(xié)辦方：

北京軟件產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)檢驗(yàn)中心

廣州皓悅新材料科技有限公司

掃描二維碼

預(yù)約會(huì)議

江海燕

北京軟件產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)檢驗(yàn)中心

集成電路測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試工程師

報(bào)告題目：失效分析技術(shù)與檢測(cè)方法

報(bào)告主要是對(duì)失效分析介紹，對(duì)失效機(jī)理及失效檢測(cè)方法做簡(jiǎn)單概述。依據(jù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)對(duì)樣品展開(kāi)外觀檢測(cè)、內(nèi)部目檢、電性能能測(cè)試、無(wú)損檢測(cè)及破壞性分析等，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)樣品失效點(diǎn)定位及失效機(jī)理確認(rèn)。

朱俊文

資 深掃描電鏡應(yīng)用專家，TPCA 講師

報(bào)告題目：PCB 最 新樣品制備與 SEM 分析方法

1. 如何快速的制備 PCB 樣品

2. ECCI 分析模式

3. PCB 分析案例分享

賀啟云

廣州皓悅新材料科技有限公司

經(jīng)理 / 研發(fā)應(yīng)用

報(bào)告題目：掃描電鏡在 PCB 相關(guān)檢測(cè)分析的應(yīng)用分享

1. PCB 樣品制作及注意事項(xiàng)

2. 電鏡模式在 PCB 檢測(cè)分析的應(yīng)用分享

3. 元素分析在 PCB 檢測(cè)分析的應(yīng)用分享

參與本次研討會(huì)將有機(jī)會(huì)獲得精美獎(jiǎng)品一份喲！