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半导体强国失效分析概况

概述

       随着工业革命的开始，机器开始代替人类的双手进行各项劳动，以蒸汽动力和大机器生产为代表的时代给人们带来了丰富的物质文明的同时，伴随机器运转的隆隆响声而来的还有一系列的机械故障和故障引起的灾难。失效分析从这时起，开始正式进入人们的视野。

       由于蒸汽锅炉爆炸的事故频频发生，人们开始着手调查这些事故背后的原因，通过总结这些事故的经验教训，英国人在1862年建立了世界上第一个蒸汽锅炉调查局，这个机构即是现代失效分析机构的雏形。蒸汽锅炉调查局的诞生，也标志着人们首次将失效分析作为仲裁事故的法律手段，以及提高产品质量的技术手段。

       随着20世纪中期电子显微学的飞速发展，以及断口学、疲劳学、金相学等学科的日趋成熟，失效分析工作也实现了质的跨越，而且越来越被各国政府、科研机构和企业重视。

蒸汽机带来工业变革

国外的失效分析机构

       国外对于失效分析技术和其对于工业生产的重大意义认识较早，很多发达国家很早就成立了系统的失效分析机构，这些机构为发达国家的工业发展和科技水平的提高起到了举足轻重的作用。很多大型企业也纷纷设立失效分析中心以保证产品质量的可靠性。比较典型的有美国、日本、德国的失效分析机构。

美国的失效分析机构

       美国作为发达的科技强国，不管在国防尖端部门还是工业技术部门均全面开展失效分析工作，为机械产品质量的提高起到了很大的作用。早在1967年，美国就成立了“机械故障预防中心（MFPC）”，由原子能委员会、美国国家航空航天局（NASA）等长期支持开展航空和宇航材料与结构的服役失效分析。

       美国的失效分析中心几乎遍及全国的各个工业和科学技术部门，不但有政府机构，同时也有大型企业和高校的失效分析机构。如原子能、航天等方面和国防尖端技术部门的失效分析主要在橡树岭国立研究所、肯尼迪空间中心、约翰逊空间中心等国家机构内进行。而民用工业方面的失效分析则主要集中在一些大型企业内部进行，如福特汽车公司、通用电气公司、波音公司、西屋公司等都具有技术先进的失效分析实验室。很多大学也开展了一些失效分析工作，如里海大学、加州大学、华盛顿大学等就承担着公路和桥梁的失效分析工作。

       美国金属学会（ASM）在领导失效分析工作方面做出了很大努力，早在1966年，ASM就汇编出版了《零件是怎样失效的》一书，并在后续的出版的金属手册（ASM Handbook）中专门编著了《失效分析与预防》分册。美国机械工程师学会（ASME）和美国材料与试验学会（ASTM）也都围绕失效分析开展了一系列研讨会，并出版了若干论文集。

       美国一直十分注重失效分析在工业发展和科技创新方面的应用，1936~1945年间，美国质量管理学会（ASQC）就号召企业重视失效分析问题，一时间欧美各大企业纷纷开展失效分析研究工作，大力推动了产品质量的进步。又如：哥伦比亚号航天飞机失事后，研究人员用了四个半月搜集残骸，并在两个月内寻访了2900多名目击者，打出或发出共计17400余个调查电话或邮件，历时六年终于揭开事故真相。

哥伦比亚号航天飞机遗骸复原

日本的失效分析机构

       日本制造曾经是劣质品的代名词，但是后来在很多领域（尤其是家电领域），日本产品赶上甚至超越了欧美产品，日本制造更是成为了行业内物美价廉的标志。如此巨大的改变与日本人重视失效分析工作，注重失效分析与产品可靠性的生产理念是密不可分的。

       日本的企业认为失效分析就是质量管理的一个组成部分，并将失效分析纳入到企业的管理体系当中，足见其对失效分析工作的重视。在日本，国立的失效分析研究机构有金属材料技术研究所、产业安全研究所、原子力研究所等。在企业界，新日铁、三菱、三井、日立等大型公司均设有专门的失效分析研究机构，各大工科高校也都有专门的失效分析相关课程以及实力雄厚的失效分析研究室。

       日本人将失效分析分为两类：一类是事后失效分析，即产品在服役过程中出现失效时，立即根据“产品失效报告书”所填写的具体实销情况，进行不同深度的失效分析，然后得出结论，通过不同途径反馈到有关的部门（如设计、材料供应、作业实施、产品检查等），采取必要的措施，2009年的“丰田召回事件”即是事后失效分析的典型案例；

       而另一类是事前失效分析，即产品在投入市场前就先进行一系列加速模拟实验，使潜在失效因素充分暴露，从而找出失效原因，如日本的推土机巨头小松制作所（KOMATSU）在新品种投放市场之前，首先生产96台试验机，其中20台在厂内试车，每运行500h进行部分解剖，运行10000h进行全部解剖，其余76台交由用户实地使用，并有工作人员随机观察，最后根据厂内实验和用户2000h使用实验的资料，作为修改设计或定型生产的依据。

日本“经营之神”松下幸之助

德国的失效分析机构

       提到德国的制造业，几乎所有人都会不由自主地联想到“严谨”、“精密”、“耐用”等一系列形容词，德国产品的口碑如此之高除了与其一丝不苟的生产理念和不断创新的科技水平有关，也与德国人对失效分析工作的执着与重视有关。

       在德国，失效分析研究中心主要集中在联邦及州立的材料检验中心。前西德的11个州，共成立了523个材料检验中心，这些检验中心分别承担着各自富有特长的失效分析工作。各工科大学在失效分析方面的技术和研究均处于世界领先地位。德国联邦材料测试实验室和德国GKSS研究中心是材料及结构服役与失效分析综合研究的世界著名的研究机构。

       德国的失效分析研究机构中，比较著名的即阿连安兹技术中心（AZT），阿连安兹技术中心是前西德开展示失效分析较早的单位，也是当时西欧唯一一个专门从事失效分析及预防的商业性研究机构。前西德的各大企业经常向AZT委托自己本身无力完成的失效分析项目，AZT的工作人员在接到任务后通常由设立在几个大城市的外勤工程师办事处中的工程师赶往现场进行调查分析，情况简单明了者即可在现场就地给出解决方案，任务较复杂者，则连同合同和初步分析意见以及失效部件一并交由AZT，由中心进行细致地分析再将结论反馈给委托方。

       阿连安兹中心曾将该中心在12年内积累的6000件失效分析事故案卷进行统计分析，分别得出蒸汽轮机、锅炉给水泵、内燃机、活塞式压缩机等机械生产中主要发生事故的部件所占事故的百分数，连同事故原因（如设计、材料制造、安装、使用、维修等）各占的百分数，并对整理所得的数据进行分类归档，通过对过往案例的分析，对防止类似事故再次发生提出可靠的建议。

精益求精的德国工业

       除了上述介绍的各大著名的失效分析研究机构，英国的国家工程研究所（NEL）、国家物理实验室（NPL）、英国煤气公司；前苏联各大企业中设立的“疵病（Брак）”分析办公室、全俄航空材料研究所；意大利的材料测试国家实验室等也具有专业从事失效分析研究工作的权威研究机构。

国内的失效分析机构

       我国是开展失效分析较早的国家，从上世纪六十年代就已经开始进行失效分析的研究工作。1974年在南京召开的材料金相学术研讨会上，第一次设立了失效分析分会场；1980年在北京召开了全国第一次机械装备失效分析经验交流会；1986年正式成立了中国机械工业学会失效分析分会。

       随着科学技术的发展和工业水平的不断提高，失效分析技术在我国越来越受到重视，国内各行各业的失效分析研究机构都出版了一系列失效分析丛书和刊物，中国机械工业学会失效分析分会还会定期举办全国性的失效分析会议。

       目前我国各机械工业部（如航空工业部、航天工业部、兵器工业部、船舶工业公司、机械工业部等）所属的材料工艺研究所；高等院校（如清华大学、西安交通大学、北京航空航天大学等）的材料学院；各材料工业部及科学院所属的研究机构（如中国科学院金属研究所、钢铁研究总院等）以及一些大型企业的内部研究单位和中心实验室，均有能力从事一定程度的失效分析工作。

       我国的失效分析发展的最大特点就是行业特征明显，各大失效分析研究机构较多分布于各行业内部。

       而中科院金属研究所开展失效分析工作存在一定的天然优势。首先，作为科学院的一个研究所，它的地位在产业部门中比较超脱，既不站在生产厂家的立场上，又与使用单位没有瓜葛，使分析工作容易做到实事求是，分析结果客观正确，往往作为第三方参与国防装备重大事故的失效分析工作。其次，中科院金属研究所有较强的综合研究力量，基础研究、应用研究多学科交叉，能够为失效分析工作遇到的多种类学科问题提供坚实的专业支撑；三是金属研究所已经形成了对研究工作负责到底、实事求是的学风；再加上金属研究所上至领导、下至具体工作人员对失效分析工作一向给予重视，把它看成是与国民经济和国防建设密切联系的一个重要途径。

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