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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材料合格、组织正常,冷凝器扁管为什么还是漏了?

发布时间: 2026-09-11 00:00
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一台平行流冷凝器(汽车空调中常见的换热部件)使用中发生泄漏,系统压力异常,工质流失。拆检发现,几根铝合金扁管上分布多个细小泄漏点,往冷凝器里加压检测时,泄漏点会随气压增大而"越查越多"。

这台冷凝器的扁管材质是常规 1100 铝合金,材料是通用牌号、工艺也成熟,为什么会在应用期间出现腐蚀泄漏?用常规思路排查(查材料、查组织)几乎查不出问题,失效原因一度毫无头绪。

实验室收到 3 件失效样和 1 件未使用样。分析思路是:先定位泄漏点,再排查"材料有没有问题、组织有没有问题",最后回答"到底是谁腐蚀了扁管"。


第一步:泄漏检查

把冷凝器出口端堵住,从进口端充入压缩气体,通过观察气体溢出来定位泄漏点。

  • NG1出现两处明显泄漏点。

失效样泄露位置观察与定位

失效样泄露位置观察与定位

  • NG2也有明显泄漏点,且随充气压力增大,泄漏点数量明显增多。这个现象说明,泄漏孔并未一直"敞口",而是被某种东西堵住了,气压一大,堵得不牢的地方就被顶开,新的漏点才显露出来。

失效样泄露位置观察与定位

失效样泄露位置观察与定位

  • NG3未见明显漏点,可能是气压不足,或泄漏孔被填充物堵得严实。

结论:存在多个穿透性泄漏点,且泄漏孔处伴有堵塞物。


第二步:表面观察

用体视显微镜观察NG1,按三个部位拆开看腐蚀形貌:扁管外表面 → 端头管切口与扁管口 → 扁管内部通道。

  • 扁管外表面:两个泄漏点 A、B 周围都能看到明显孔洞,孔洞四周密布凹坑,并覆盖一层透明晶体状沉积物。这种腐蚀在扁管外表面普遍存在,但分布不均匀。

失效样NG1#表面形貌低倍图

失效样NG1#表面形貌低倍图

  • 端头管切口与扁管口:四端头管(顶部进口端、底部出口端、底部进口端、顶部出口端)里,没有与扁管焊接的一侧没有明显腐蚀和点蚀;与扁管焊接的一侧则在扁管口及附近能看到透明晶体状覆盖物。底部本该容易沉积的部位反而沉积物较少。扁管口位置的腐蚀产物呈"由管内向外喷出"的火山口状形貌。

失效样NG1#中进口端内表面外观图

失效样NG1#中进口端内表面外观图

  • 扁管内部通道:进口端第 32 扁管内部未见明显腐蚀物,通道基本是光亮的原始金属表面。第 5 扁管的腐蚀物呈极端分布:同一根扁管里,一侧的若干通道内堆满腐蚀产物,另一侧的若干通道内几乎没有腐蚀物。超声清洗后,被腐蚀物聚集的通道内壁由原本光亮金属变为粗糙状态,表面布满大量微观点蚀坑和少量明显腐蚀坑。

失效样NG1#表面形貌低倍图

失效样NG1#表面形貌低倍图

结论:腐蚀类型是点蚀;扁管外表面普遍存在但不均匀;扁管内腐蚀分布极不均匀,部分扁管、通道完全没有腐蚀物;各端头管内一侧未见明显腐蚀。


第三步:表面分析

用扫描电镜配合能谱分析(SEM+EDS),对 NG1泄漏点 A、泄漏点 B、泄漏点 B 背面抛磨后的腐蚀区,以及同一扁管内保持光亮的对照区域做微观形貌和元素分析。

  • 在泄漏点孔洞周围,能谱检出了钙(Ca)、钾(K)、钠(Na)等外来元素;以及氯(Cl)、硫(S)元素异常富集,其中 Cl 含量最高达 12%。

失效样NG1#泄露A及附近表面能谱图

失效样NG1#泄露A及附近表面能谱图

  • 对泄漏点背面腐蚀区域分析,Cl 含量高达 24%。

失效样NG1#泄露B及附近表面能谱图

失效样NG1#泄露B及附近表面能谱图

  • 作为对照,同一扁管内保持光亮、未被腐蚀的一侧,能谱几乎没有检出 Cl、S。

失效样NG1#泄露B背面未腐蚀能谱图

失效样NG1#泄露B背面未腐蚀能谱图

结论:有腐蚀的地方就有 Cl、S,没腐蚀的地方就没有 Cl、S。这组对照说明 Cl、S 属于外来污染物,与点蚀的发生直接相关。


第四步:成分分析

看到 Cl、S 这种外来元素,第一反应是怀疑"材料本身有没有问题"。取 NG1的扁管、打磨掉表面焊接散热薄片后做成分分析,与 GB/T 3190-2020 中 1100 牌号的成分限值逐项比对。

  • 锰、铜、锌、硅、铁等主要及杂质元素全部落在限值范围内,铝为余量。

结论:扁管化学成分完全合格,"材质不达标"排除。


第五步:金相分析

泄漏点区域的显微组织未见明显异常,但金相同时确认以下现象。

  • 泄漏点已经完全贯穿内外表面,孔附近分布着透明状腐蚀物;外表面是水平型点蚀坑,内表面是皮下型点蚀坑,部分局部腐蚀还带有沿晶扩展的特征。

失效样NG1#泄露点A显微组织图

失效样NG1#泄露点A显微组织图

失效样NG1#泄露点A显微组织图

失效样NG1#泄露点A显微组织图

结论:材料组织本身没问题,点蚀确实客观存在。


失效原因

  1. 冷凝器泄漏失效是由于铝扁管形成了穿透性的疏松点腐蚀坑。

  2. 外来Cl、S元素污染扁管外表面是冷凝器形成点腐蚀穿孔泄露失效的根本原因。

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