金属材料产品失效分析多少钱?

  金属材料产品失效分析多少钱?随着人们对电子产品质量可靠性的要求不断增加,电子元器件的可靠性不断引起人们的关注,如何提高可靠性成为电子元器件制造的热点问题。例如在卫星、飞机、舰船和计算机等所用电子元器件质量可靠性是卫星、飞机、舰船和计算机质量可靠性的基础。这些都成为电子元器件可靠性发展的动力,而电子元器件的工业问题诊断成为其中很重要的部分。

  可靠性工作的目的不仅是为了了解、评价电子元器件的可靠性水平,更重要的是要改进、提高电子元器件的可靠性。所以,在从使用现场或可靠性试验中获得失效器件后,必须对它进行各种测试、分析,寻找、确定失效的原因,将分析结果反馈给设计、制造、管理等有关部门,采取针对性强的有效纠正措施,以改进、提高器件的可靠性。

  这种测试分析,寻找失效原因或机理的过程,就是工业问题诊断。工业问题诊断是对电子元器件失效机理、原因的诊断过程,是提高电子元器件可靠性的必由之路。

  元器件由设计到生产到应用等各个环节,都有可能失效,从而工业问题诊断贯穿于电子元器件的整个寿命周期。因此,需要找出其失效产生原因,确定失效模式,并提出纠正措施,防止相同失效模式和失效机理在每个元器件上重复出现,提高元器件的可靠性。

  中小型公司缺乏工业问题诊断概念产品一再损坏无法查到源头一方面,一些中小型电子产品生产商没有良好的物料控制体系,不能对物料进行有效的追溯。一旦出了问题,很难查到当年的渠道和来源,甚至不能保证物料的真伪。

  更有甚者,一些企业就没有工业问题诊断的概念,停留在坏了就修的救火状态,也谈不到从根本上吸取教训的问题。有的企业一个芯片用上去总是损坏,就认为是芯片质量不好,却没有从根本上去分析损坏的原因,盲目下结论。结果换了一个厂家的芯片照样坏,多年后才发现是自己的电路就缺乏防护设计。

  另一方面,几乎所有的电子元器件生产商面对失效品都采取回避的态度,对于国际一线品牌。一般的流程是先提供失效样品,而后填写问卷,而后送到全球工业问题诊断中心排队分析,结果一个工业问题诊断下来往往要1~2个月。而拿到的报告往往是说用户使用不当。比如静电没有保护好、潮湿敏感器件出了爆米花效应之类的。

  好像从来就没有电子元器件生产商的责任。而事实上,对于很多器件,特别是新推出的某些专用芯片,往往在其刚刚进入市场时会有很多bug,这些bug会造成这样那样的失效,而bug又是电子器件生产商遮遮掩掩的。而且,对于很多中小企业而言如果他们进货渠道很多,很多时候在第一个环节就被原厂给拒绝了。

  一般而言原厂都是要求由代理商提供失效样品的送样。结果就出现了新的代理一查批号说不是我买的货,我不能送样。而原来的供应商则说,你都不买我的货了,我为什么给你送样的情况,导致很多中小企业的东西损坏的不明不白。企业应具备工业问题诊断能力提前预防避免损失也许你会说,不是有专业的工业问题诊断公司么?是的,目前有很多做电子元器件工业问题诊断的公司,但是其中良莠不齐。

  一个比较普遍的现象是,缺乏深层次失效机理的分析能力。很多都停留在使用高精尖的设备发现失效点上,至于为什么出现这种失效,如何避免,究竟是谁的责任,往往不能提供很深入的帮助。因此企业需要有一定的工业问题诊断能力,这其中也有个需要注意的问题。一个是仪器的配备,一个是人员的配备。

  高级的工业问题诊断仪器往往价格昂贵,像扫描电镜都是数以百万计的仪器。对于一般的企业,往往没有实力配备全套的仪器设备。

  另一方面,就是配备了这些仪器设备,对于仪器的操作、结果的判读、机理的推断都需要有高素质的工业问题诊断人员来进行。要配备齐全的设备和专家的人员对一般企业而言都是很难做的,这就是工业问题诊断尴尬的现状。

  针对工业问题诊断企业该如何做?

  一、培养工业问题诊断队伍难做不等于不能做。

  对于绝大多数企业而言,根据自己的实力来装备培养自己工业问题诊断队伍也是需要的。一般的企业做工业问题诊断可以先配备一个晶体管图示仪,好点的国产货也就万把块钱。在一个仪器上培养这方面的人,就比全面铺开要方便很多。而通过晶体管图示仪基本上可以把失效器件定位到失效的管脚上,如果条件好,还能确认是电过应力损坏还是静电损坏。知道了这两点就可以帮助开发人员检查设计,而如果是静电损伤,则可改善生产使用的防护条件了。

  二、建立金相分析实验室如果想要再进一步分析,则需要建立一个金相分析实验室了。

  这所需要的设备为:金相显微镜、体视显微镜和切割机、磨抛机及制样的耗材了。如果有了这样的实验室,除了可以看各种元器件的表面损伤外,还可以通过制作切片的方法观察内部情况。而且实验室到了这个层次,不仅仅可以用作元器件的工业问题诊断,也可以用于焊接组装工艺失效的检查,比如检查焊接情况、金属间化合物的生成情况等。而且这时还可以用于元器件的最初认证及进行破坏性物理分析。

  到这个阶段基本上投入就比较大了。如果使用全套进口设备,那么总价至少也要60~90万人民币左右。如果使用国产设备那么投入可以少很多。采用全套国产设备,基本上可以在10万人民币以内完成。此时对人员素质上,需要有了解电子元器件材料科学、半导体物理学的人员进行相关工作。对于集成电路而言,很多失效都是发生在键合系统上的,也就是管脚和集成电路芯片的连接上。用金相切片的方法,很多时候会破坏芯片的键合系统。这时候,可能会用到开封机来打开集成电路表面的塑料材料。对于很多企业而且言,这个东西就太贵了,往往要几万美元。而且还要经常更换喷嘴之类昂贵的耗材,所以很多企业干脆就不买这个东西,采用手工开封的方法进行,youtube上甚至可以看到老外这么干。不过开封需要使用到强酸,有些化学药品还属于国家管制药品,需要到公安局去备案。而且实际实施时,不论是用开封机还是手工开封,都需要在通风厨中进行,做好个人防护。

  对于人员而言,除了上述知识外,要动用强腐蚀的化学药品,原则上要有“危险化学品作业证”。

  三、借助工业问题诊断公司或者高校一般的企业做到以上这个层次就可以了。

  如果在进行上述分析后还无法定案,这时候可以到社会上的工业问题诊断公司,或者到大学高校中去,租借他们的设备进行分析。对于怀疑有来料问题做造成的批次失效鉴别时,则一定要去具有IEC17025认证的实验室去做第三方分析鉴定。他们出具的报告才有法律效力。如果一个企业要把自己的企业做成百年老店,就必须要有质量过硬的产品。而工业问题诊断是发现质量问题的重要手段,对提升质量有重要意义,希望我们的工业问题诊断不再尴尬。金属材料工业问题诊断检测能够运用工业问题诊断方法以及先进的仪器对产品进行工业问题诊断,析失效原因,找出技术管理方面的薄弱环节,改进产品可靠性,提高产品质量。

  1.金属产品的制造工艺评定和技术支持

  2.金属材料、机电产品质量鉴定3.与金属材料、金属产品相关的司法鉴定4.断裂分析、磨损分析、腐蚀分析、变形分析、断口分析5.机电装备、机械、汽车零部件工业问题诊断6.新金属材料服役性综合评估检测中心拥有一流的检测设备,专业的工程师,出具权威检测报告。实验室主要针对有机材料与金属材料钢材、铜基材料及铝基材料等在手机、计算机、NB机壳、模具、连接器、汽车等上面的应用提供专业的数值测试、判定及分析服务。对在材料应用中出现的异常原因利用专业仪器处理、分析,提供专业的建议和解决方案。

  【金属材料工业问题诊断】

  一、工业问题诊断1、变形实效常温变形:弹性变形:外力去除后课恢复;塑性变形:外力去除后不可恢复高温变形:蠕变和应力松弛2、应力松弛变形失效在高温和压力作用下,随时间延长,若变形总保持不变,因Creep而逐渐上升的塑性变形将逐步代替原来的弹性变形,从而使零件内应力降低的现象。松弛和蠕变是一个问题的两个方面。作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽,PCB已经成为电子信息产品的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。但是由于成本以及技术的原因,PCB线路板在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。对于这种失效问题,我们需要用到一些常用的工业问题诊断技术,来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证,本文总结了十大工业问题诊断技术,供参考借鉴。

  1、外观检查外观检查就是目测或利用一些简单仪器,如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观,寻找失效的部位和相关的物证,主要的作用就是失效定位和初步判断PCB的失效模式。外观检查主要检查PCB线路板的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别,是不是总是集中在某个区域等等。另外,有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现,是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。

  2、X射线透视检查对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷,只好使用X射线透视系统来检查。X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下,并正由二维向三维成像的设备转变,甚至已经有五维(5D)的设备用于封装的检查,但是这种5D的X光透视系统非常贵重,很少在工业界有实际的应用。

  3、切片分析切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB横截面结构的过程。通过切片分析可以得到反映PCB(通孔、镀层等)质量的微观结构的丰富信息,为下一步的质量改进提供很好的依据。但是该方法是破坏性的,一旦进行了切片,样品就必然遭到破坏;同时该方法制样要求高,制样耗时也较长,需要训练有素的技术人员来完成。要求详细的切片作业过程,可以参考IPC的标准IPC-TM-6502.1.1和IPC-MS-810规定的流程进行。

  4、显微红外分析显微红外分析就是将红外光谱与显微镜结合在一起的分析方法,它利用不同材料(主要是有机物)对红外光谱不同吸收的原理,分析材料的化合物成分,再结合显微镜可使可见光与红外光同光路,只要在可见的视场下,就可以寻找要分析微量的有机污染物。如果没有显微镜的结合,通常红外光谱只能分析样品量较多的样品。而电子工艺中很多情况是微量污染就可以导致PCB焊盘或引线脚的可焊性不良,可以想象,没有显微镜配套的红外光谱是很难解决工艺问题的。显微红外分析的主要用途就是分析被焊面或焊点表面的有机污染物,分析腐蚀或可焊性不良的原因。

  5、热分析差示扫描量热法在程序控温下,测量输入到物质与参比物质之间的功率差与温度(或时间)关系的一种方法。DSC在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝,当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时,可通过差热放大电路和差动热量补偿放大器,使流入补偿电热丝的电流发生变化。而使两边热量平衡,温差ΔT消失,并记录试样和参比物下两只电热补偿的热功率之差随温度(或时间)的变化关系,根据这种变化关系,可研究分析材料的物理化学及热力学性能。DSC的应用广泛,但在PCB的分析方面主要用于测量PCB上所用的各种高分子材料的固化程度、玻璃态转化温度,这两个参数决定着PCB线路板在后续工艺过程中的可靠性。

  6、扫描声学显微镜目前用于电子封装或组装分析的主要是C模式的超声扫描声学显微镜,它是利用高频超声波在材料不连续界面上反射产生的振幅及位相与极性变化来成像,其扫描方式是沿着Z轴扫描X-Y平面的信息。因此,扫描声学显微镜可以用来检测元器件、材料以及PCB与PCBA内部的各种缺陷,包括裂纹、分层、夹杂物以及空洞等。如果扫描声学的频率宽度足够的话,还可以直接检测到焊点的内部缺陷。典型的扫描声学的图像是以红色的警示色表示缺陷的存在,由于大量塑料封装的元器件使用在SMT工艺中,由有铅转换成无铅工艺的过程中,大量的潮湿回流敏感问题产生,即吸湿的塑封器件会在更高的无铅工艺温度下回流时出现内部或基板分层开裂现象,在无铅工艺的高温下普通的PCB也会常常出现爆板现象。此时,扫描声学显微镜就凸现其在多层高密度PCB无损探伤方面的特别优势。而一般的明显的爆板则只需通过目测外观就能检测出来。

  7、X射线能谱分析上面所说的扫描电镜一般都配有X射线能谱仪。当高能的电子束撞击样品表面时,表面物质的原子中的内层电子被轰击逸出,外层电子向低能级跃迁时就会激发出特征X射线,不同元素的原子能级差不同而发出的特征X射线就不同,因此,可以将样品发出的特征X射线作为化学成分分析。同时按照检测X射线的信号为特征波长或特征能量又将相应的仪器分别叫波谱分散谱仪(简称波谱仪,WDS)和能量分散谱仪(简称能谱仪,EDS),波谱仪的分辨率比能谱仪高,能谱仪的分析速度比波谱仪快。由于能谱仪的速度快且成本低,所以一般的扫描电镜配置的都是能谱仪。随着电子束的扫描方式不同,能谱仪可以进行表面的点分析、线分析和面分析,可得到元素不同分布的信息。点分析得到一点的所有元素;线分析每次对指定的一条线做一种元素分析,多次扫描得到所有元素的线分布;面分析对一个指定面内的所有元素分析,测得元素含量是测量面范围的平均值。在PCB的分析上,能谱仪主要用于焊盘表面的成分分析,可焊性不良的焊盘与引线脚表面污染物的元素分析。能谱仪的定量分析的准确度有限,低于0.1%的含量一般不易检出。能谱与SEM结合使用可以同时获得表面形貌与成分的信息,这是它们应用广泛的原因所在。

  8、光电子能谱(XPS)分析样品受X射线照射时,表面原子的内壳层电子会脱离原子核的束缚而逸出固体表面形成电子,测量其动能Ex,可得到原子的内壳层电子的结合能Eb,Eb因不同元素和不同电子壳层而异,它是原子的“指纹”标识参数,形成的谱线即为光电子能谱(XPS)。XPS可以用来进行样品表面浅表面(几个纳米级)元素的定性和定量分析。此外,还可根据结合能的化学位移获得有关元素化学价态的信息。能给出表面层原子价态与周围元素键合等信息;入射束为X射线光子束,因此可进行绝缘样品分析,不损伤被分析样品快速多元素分析;还可以在氩离子剥离的情况下对多层进行纵向的元素分布分析(可参见后面的案例),且灵敏度远比能谱(EDS)高。XPS在PCB的分析方面主要用于焊盘镀层质量的分析、污染物分析和氧化程度的分析,以确定可焊性不良的深层次原因。

  9、扫描电子显微镜分析扫描电子显微镜(SEM)是进行工业问题诊断的一种有用的大型电子显微成像系统,其工作原理是利用阴极发射的电子束经阳极加速,由磁透镜聚焦后形成一束直径为几十至几千埃(A)的电子束流,在扫描线圈的偏转作用下,电子束以一定时间和空间顺序在试样表面作逐点式扫描运动,这束高能电子束轰击到样品表面上会激发出多种信息,经过收集放大就能从显示屏上得到各种相应的图形。激发的二次电子产生于样品表面5~10nm范围内,因而,二次电子能够较好的反映样品表面的形貌,所以常用作形貌观察;而激发的背散射电子则产生于样品表面100~1000nm范围内,随着物质原子序数的不同而发射不同特征的背散射电子,因此背散射电子图象具有形貌特征和原子序数判别的能力,也因此,背散射电子像可反映化学元素成分的分布。现时的扫描电子显微镜的功能已经很强大,任何精细结构或表面特征均可放大到几十万倍进行观察与分析。在PCB或焊点的工业问题诊断方面,SEM主要用来作失效机理的分析,具体说来就是用来观察焊盘表面的形貌结构、焊点金相组织、测量金属间化物、可焊性镀层分析以及做锡须分析测量等。与光学显微镜不同,扫描电镜所成的是电子像,因此只有黑白两色,并且扫描电镜的试样要求导电,对非导体和部分半导体需要喷金或碳处理,否则电荷聚集在样品表面就影响样品的观察。此外,扫描电镜图像景深远远大于光学显微镜,是针对金相结构、显微断口以及锡须等不平整样品的重要分析方法。

  10、热机械分析仪(TMA)热机械分析技术(ThermalMechanicalAnalysis)用于程序控温下,测量固体、液体和凝胶在热或机械力作用下的形变性能,常用的负荷方式有压缩、针入、拉伸、弯曲等。测试探头由固定在其上面的悬臂梁和螺旋弹簧支撑,通过马达对试样施加载荷,当试样发生形变时,差动变压器检测到此变化,并连同温度、应力和应变等数据进行处理后可得到物质在可忽略负荷下形变与温度(或时间)的关系。根据形变与温度(或时间)的关系,可研究分析材料的物理化学及热力学性能。TMA的应用广泛,在PCB线路板的分析方面主要用于PCB关键的两个参数:测量其线性膨胀系数和玻璃态转化温度。膨胀系数过大的基材的PCB在焊接组装后常常会导致金属化孔的断裂失效。由于PCB高密度的发展趋势以及无铅与无卤的环保要求,越来越多的PCB出现了润湿不良、爆板、分层、CAF等等各种失效问题。介绍这些分析技术在实际案例中的应用。PCB失效机理与原因的获得将有利于将来对PCB的质量控制,从而避免类似问题的再度发生。
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