印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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如何从断口“读懂”失效原因?一文掌握断口分析流程

发布时间: 2026-05-26 00:00
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产线突然停摆,排查后发现,元凶是一个传动输出架。

它在服役过程中突然断裂,断口恰好位于轴肩尺寸突变处,这是典型的应力集中区。

更让人头疼的是,断裂前几乎没有明显变形,属于“说断就断”的类型。 

对于研发和质控人员来说,这种脆性断裂最为棘手:没有塑性变形预警,无法通过常规尺寸检测或探伤提前发现。

到底是材料问题?工艺问题?还是设计问题?

一切答案,藏在断口里...


1.宏观观察——肉眼能看见什么?

首先使用超景深数码显微镜观察断口,结果发现:

  • 断口位于轴肩尺寸突变处,属于应力易集中位置。

  • 断口未见明显的塑性变形,宏观上呈脆性断裂。

断口低倍图

断口低倍图

结论:

宏观上排除了过载韧性断裂的可能,指向脆性断裂,但脆性的根源是什么?必须放大看。


2.微观扫描——电镜下现原形

接着利用扫描电子显微镜进行观察,放大倍数从几十倍到几千倍,断口的真实面貌逐渐清晰:

  • 原始颗粒晶界:断面可见大量粉末原始颗粒圆滑的晶界,该界面仅颗粒间机械物理连接,连接强度弱。

断口微观形貌图

断口微观形貌图

  • 晶间缺陷:在断面可见晶粒间隙、空洞缺陷以及极少量烧结颈。

断口微观形貌图

断口微观形貌图

  • 局部韧窝:断口仅局部极少位置分布有烧结颈断裂后的韧窝形貌,该形貌的晶界连接强度高。

断口微观形貌图

断口微观形貌图

  • 无扩展纹路:断口宏微观未见明显扩展纹路,外表面未见明显损伤,推测应属于多源起裂。

3.能谱分析——化学成分怎么说?

对NG样品不同区域进行能谱(EDS)分析,结果如下:

断口能谱图

断口能谱图

结论:

样品主要基体为铁镍。


原因:

由于烧结后缺陷太明显,粉未颗粒间未形成有效冶金结合,导致沿晶形貌占比极高,烧结颈区域面积极少,大幅降低此处强度,也是安装上机工作就出现断裂的直接原因。

此类断口因缺陷极其明显,故仅通过断口分析便可知晓其失效的主要原因。

建议:

  1. 优化烧结工艺:提高烧结温度或延长保温时间,促进颗粒间充分扩散,形成足够数量的烧结颈。

  2. 控制粉末质量:检查原料粉末的氧化程度,必要时采用还原气氛烧结或增加预还原工序。

  3. 压制工艺调整:提高压坯密度,减少原始孔隙率,使颗粒接触更紧密。


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