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失效分析也會誤判:拆零件、切片、照片角度造成的假缺陷,怎麼分辨 – 嘉鴻來幫忙

失效分析(Failure Analysis,FA)的目的是找出真正的原因。可是拆零件、切片、加熱、打磨,每一個動作都會改變樣品;照片的打光角度也會讓凹的看起來像凸的。產線上常見的情況是:分析報告寫了一個原因,回頭才發現那是分析過程自己做出來的。

下面 5 個例子,都來自產線上的查問題紀錄(已去識別)。

一、看到裂紋,先問:是不是分析造成的

一個可靠度試驗件被懷疑有晶片裂紋。後來的週報只寫了一句:裂紋的疑慮排除,是 FA 的方法造成的。同一批試驗的另一項失敗,則歸因於 QFN 接地墊下的空洞。

切片研磨、開蓋、機械拆解都可能造成新的裂紋。報告上的每一個損傷,都要先排除「是不是分析做出來的」,再往製程找。

問:失效分析看到的裂紋,一定是製程造成的嗎?

答:不一定。切片研磨、開蓋、撬零件都可能產生新的裂紋。要看裂紋的位置與方向是否和失效現象對得上,必要時拿一顆良品用同樣手法處理,看會不會出現相同的裂紋。

二、拆法本身會破壞證據:先驗證拆法

另一個例子是要檢查晶片底下有沒有助焊劑殘留,必須先把零件拆下來。三種拆法的結果不同:

拆法結果
手動撥開焊墊損毀
切開晶片損毀
熱風槍加熱拆焊保存完好

熱風槍會加熱,會不會把要找的助焊劑蒸發掉?做法是先驗證拆法:在小尺寸被動元件旁留有助焊劑殘留的位置,拆焊約 10 秒、再烘烤約 20 秒,殘留仍在;再用到晶片上,看到白點狀的助焊劑,擦拭可去除。驗證完,才把熱風槍拆焊定為後續確認殘留的方法。

問:拆零件會不會破壞要找的證據?

答:會。撬、切都會傷到焊墊或晶片。先用已知條件的樣品驗證拆法不會改變要看的東西,再拿真正的失效件來拆。

三、拆模組造成二次損傷,原始原因就查不到了

使用端回報一批主板上的模組無法開機,不良率約千分之二點六。現場分析 12 片:X 光無異常;量電壓,少數的電源輸出降到接近零;其中 1 片其實是主板上的電阻空焊,跟模組無關。

接著把模組從主板拆下單獨測試,問題就出現了:拆下後一部分正常、多數不能開、1 片拆壞。取回做失效分析,發現拆解本身造成屏蔽罩位移、錫球橋接、晶片受損。總結寫的是:確定為良品的約四成多,因拆解受損的約三成多,原始失效是不是來自模組,從這批樣品已經判斷不了。

從這個例子可以整理出三件事:
– 能在板上量的先在板上量,拆之前先拍照、先記錄每一片的狀態。
– 拆解要有固定條件(溫度、時間、治具),並先用良品試拆。
– 報告的數字要和逐片表核對一次再發出。

問:模組要從主板拆下來分析嗎?

答:先把能在板上做的量測做完(電壓、X 光、外觀),留下紀錄,再決定拆不拆。拆的話先用良品驗證拆法;拆後新出現的短路、位移,要和拆前的紀錄比對,才分得出是原始失效還是拆解造成。

四、照片和描述對不上:先做對照樣品

使用端回報金手指「凸起」,附的照片看起來卻是凹陷。處理方式不是爭論照片,而是自己做兩種對照樣品:

  • A:正常壓合的樣品。
  • B:壓合後再把上面的零件拔掉的樣品。

B 的外觀和使用端照片相似,研判是零件被移除,不是製程缺陷。不過這是靠照片相似度做的推論,紀錄上也寫明要等退回樣品確認。同樣是「金手指凸起」,另一個例子的原因是基板吸濕,原因完全不同。

另一個例子是名稱誤導:兩批產品在進料檢驗被退,缺陷被稱為「應力痕」,很容易往組裝製程的應力去找;最後的原因文字寫的是模具頂針痕,由供應商修模。

問:客戶的照片和描述對不上怎麼辦?

答:先對齊描述,再做對照樣品。把幾種可能的成因各做一片,和照片同角度、同打光拍照比對;照片只能支持推論,結論要等實物確認。

五、找不到實體缺陷,就照實寫

一批電測失敗品被懷疑是金手指上的模溢料擋住測試針造成過判。分析順序是:外觀目檢 → 重新電測 → 用電表量金手指導通 → 異丙醇(IPA)清潔後再量 → 砂紙打磨後再測 → X 光與切片。

結果:金手指上沒有異物,導通全部通過,溢料的懷疑不成立;約一半的樣品找到零件焊接不良;其餘約四成多沒有找到實體缺陷。報告也提醒:寄回重測通過的樣品,可能是目檢退件,要先確認送來的是哪一種樣品。

找不到原因時,照實寫「未找到實體缺陷」並列出做過的項目,比硬湊一個原因好;硬湊的原因會讓對策做錯方向。

問:找不到實體缺陷的失效樣品,報告怎麼寫?

答:列出做過的每一項檢查與結果,寫明「未找到實體缺陷」,並註明樣品來源(是否為目檢退件、是否被重工或拆過)。之後有新樣品或新條件再補做。

分析前後的檢查表

時間點要做的事
收到樣品確認樣品來源與狀態(使用端退回、目檢退件、是否重工過、是否拆過),拍照存檔
不破壞檢查外觀、量測、X 光、超音波掃描先做完,留下紀錄
選拆法用良品或已知條件的樣品先驗證拆法不會改變要看的東西
破壞性分析記錄條件(溫度、時間、研磨方向);新出現的損傷和拆前紀錄比對
判讀照片與描述不一致時先做對照樣品;名稱不代表原因
寫報告原因分「已確認/推論/未找到」;把「分析造成」列為一個可能;數字和逐片表核對

切片的取樣與研磨方法,可參考 IPC 的測試方法手冊 IPC-TM-650 中的微切片方法 2.1.1(IPC 測試方法清單);重工與拆焊的作業方法,可參考 IPC-7711/7721D 目錄。

嘉鴻能幫的

失效分析常卡在「看到的東西是不是真的」。嘉鴻可以線上和你一起整理樣品紀錄、拆法驗證與對照樣品的做法,多一個討論的對象;也能提供分析時會用到的放大與包裝用品:
– 數位顯微鏡
– 防靜電屏蔽袋

有類似問題嗎?寫信給嘉鴻,看看是否有配套方案。

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