在硬件开发过程中，不良品分析是一个关键环节，它是硬件工程师和工艺人员必备的技能之一。本文将详细探讨如何进行有效的失效分析，以及一些常用的工具和方法，希望能够为大家提供一些帮助。
分析原则：先非性，后性
外观检查
分析的第一步应从外观检查开始。拿到失效样品后，首先要做的是拍照记录其原始状态，确保所有细节都有完整的记录。通过外观检查，可以初步筛查是否有明显的物理损坏或异常。
日志排查
许多电路故障可以通过查看系统日志来初步判断。通过日志记录，我们可以定位到故障发生的具体模块或环节，从而缩小问题范围。这个过程通常需要与软件工程师或测试人员合作，利用他们提供的日志信息来分析。
电路测量
以智能手机为例，其中的电子元件可能多达数百个。在这种情况下，我们需要结合原理图，对相关电路进行初步测量，从而确认故障原因。例如，如果扬声器出现故障，可能与扬声器电路中的某个组件有关，这时我们就需要重点检查与扬声器电路相关的元件。
显微镜检查
当电路测量无法确定问题时，下一步可以使用显微镜对可能出现问题的器件进行详细检查。与经验丰富的工程师合作是非常重要的，因为他们能够迅速识别出细微的异常。举个例子，当我们发现MIC音频出现问题时，可能是MIC音膜内部有液体或异物，使用高倍显微镜就能清晰地观察到这些问题。
X射线检测
如果显微镜检查没有发现问题，下一步可以使用X射线进行进一步分析。X射线能够穿透芯片和罩，对内部器件进行查看，常常能发现隐藏的焊接问题或损坏。X射线检查可以帮助我们检测以下几种情况：
虚焊与连锡：特别是盖下不可见的焊接部位。
焊接线检查：高分辨率的X射线可以帮助检测芯片内部的焊接线是否存在问题。
BGA和CPS芯片焊点检查：尤其适用于初步筛查BGA和CPS芯片的焊接质量，虽然虚焊的检查效果不佳，但能够发现一些显而易见的焊接缺陷。
如何判断焊接质量？
对于芯片的焊接质量，可以通过X射线图像来判断焊点是否合格。标准的BGA焊点应该是均匀、圆润并且无气泡。如果焊点不符合标准，可能是少锡、虚焊或存在空洞等问题。对于空洞来说，面积如果超过25%，则需要改善，但并不一定意味着焊接失败。连锡现象是指两个相邻焊点连接在一起，这通常需要进一步检查。若焊点不圆，可能是由于焊盘形状不标准引起的，这时需要进一步确认是否存在虚焊。
维修验证
当通过X射线观察到可疑问题时，下一步就是拆解芯片进行维修验证。拆解时应避免急于进行焊接，首先要检查PCB板或器件的其他方面，常常能发现一些潜在问题。例如，如果发现芯片上的焊点没有锡，则可以初步判断为物料质量问题。
其他常用工具和方法
除了常规的检测工具外，还有许多先进的检测技术可以帮助我们进行更深入的分析：
CT扫描与C-SAM超声波扫描：这两种技术可以用于芯片、PCB及材料内部的失效分析，尤其能发现芯片内部的分层、裂纹等问题。
扫描电子显微镜（SEM）与EDX元素分析：SEM通常与EDX结合使用，能够帮助我们在微观尺度上观察样品的形貌和尺寸，同时EDX可以帮助分析成分差异。例如，如果我们发现PCB板上的焊接问题，EDX可以帮助确定是否由于某些材料问题导致不上锡。
3D X射线扫描：这种技术与医院中的CT扫描类似，能够呈现立体的焊点图像，帮助检测BGA焊点的焊接质量。与2D X射线相比，3D X射线能够提供更多的细节信息，但对于BGA焊点的裂纹检测效果有限。
IC解封与湿天平测试：IC解封通常使用强酸蚀去芯片外部的封装材料，以便观察芯片内部的焊接情况。而湿天平测试则通过浸入焊接合金并测量力学数据，定量评估焊接质量。
失效分析（FA）在电子产品开发中是至关重要的，它帮助我们发现并解决潜在的设计和工艺问题。随着分析工具和方法的不断进步，工程师们可以更高效地定位故障，提升产品的可靠性。希望本文的分享能为从事FA分析的工程师提供一定的参考，帮助大家在工作中更好地识别和解决问题。