家用空調(diào)器圓柱柜機顯示板芯片失效研究與改進

　　劉?明，楊守武，宣圣貴，程?磊（格力電器（合肥）有限公司，安徽?合肥?230088）

　　摘?要：圓柱形空氣調(diào)節(jié)器相較于傳統(tǒng)的空調(diào)器，不僅外觀優(yōu)雅大方，而且可實現(xiàn)多向均勻出風、出風范圍廣，舒適度大大提升。而在其中起核心作用的就是控制器功能實現(xiàn)。實際過程中頻繁出現(xiàn)控制器芯片失效故障，困擾制造廠家同時造成客戶投訴問題。本文重點研究空調(diào)器顯示器芯片失效，如何快速分析、改善、優(yōu)化內(nèi)容，如測試改善、設(shè)計改進。

　　關(guān)鍵詞：空調(diào)器；圓柱柜機；芯片失效；測試改善；設(shè)計改進

　　0 前言

　　為保證整機產(chǎn)品性能合格，從產(chǎn)品零部件、控制器、整機均需要經(jīng)過嚴格FCT（功能測試）環(huán)節(jié)。實際檢測過程對EOS（電氣過載）、ESD（靜電釋放）兩種損傷問題，不能完全有效檢測。對于SSD（靜電敏感器件）物料，F(xiàn)CT強電檢測方式同樣存在EOS損傷隱患。為有效解決此種SSD失效問題，本文特結(jié)合物料特性、檢測方法進行研究優(yōu)化，優(yōu)化物料結(jié)構(gòu)進行可行性分析。

　　1 事件背景

　　柜機顯示器過程檢測出現(xiàn)缺劃、FC保護、按鍵失靈故障，經(jīng)對比數(shù)據(jù)，其中U101 36000838驅(qū)動芯片晶振輸入（2引腳）、輸出（3引腳）

　　引腳失效，占故障總數(shù)的45%； 36000265顯示控制芯片失效，集中在7、8、9、10、11腳失效，占故障總數(shù)的27%；2003芯片、觸摸芯片、V101 IC失效占總數(shù)28%。從芯片失效數(shù)據(jù)看主要集中為36000838、36000265芯片失效最為突出，共計占比73%。

　　2 芯片失效機理分析

　　2.1 失效機理分析

　　分別取故障品36000265芯片、36000898芯片、36000838芯片各1單進行開封分析（如圖1），36000838芯片開封后，晶圓表面存在明顯灼傷痕跡，分析為EOS過電損傷導(dǎo)致；36000619、36000898芯片開封后，晶圓表面未發(fā)現(xiàn)異常，分析為ESD靜電損傷導(dǎo)致。從故障品開封結(jié)構(gòu)看此次異常EOS、ESD損傷并存。

　　2.2 芯片自身特性分析

　　1）對芯片1、3引腳進行機械靜電壓(MM)試驗。

　　當機械靜電壓200 V時，對芯片引腳安特特性進行測試，曲線正常，未出現(xiàn)損壞情況（如圖2）。

　　2）對芯片1、3引腳進行人體靜電壓（HBM）試驗。

　　當人體靜電壓2 kV時，對芯片引腳安特特性進行測試，曲線正常，未出現(xiàn)損壞情況（如圖3）。

　　3）芯片設(shè)計分析。

　　芯片失效通道存在共性（如圖4），均集中在第7組I/O口，該通道抗靜電能力最弱，屬芯片設(shè)計缺陷，線路線寬過小，易導(dǎo)致晶圓受損而使芯片功能失效。

　　3 過程控制研判

　　3.1 車間靜電控制預(yù)案

　　1）限流電阻和連接端子連接可靠，并具有一定載流能力，限流電阻阻值的選擇，泄露電流不超過5 mA，下限阻值1 MΩ，各接地點接地間的電阻值在（0.75～1 000） MΩ，符合要求未發(fā)現(xiàn)異常。

　　2）線體人員全部佩戴靜電環(huán)，且阻值測試無異常。

　　3）線體離子風機消除靜電均可在3 s內(nèi)從±1 000V降至50 V，無異常。

　　4）工裝車接接地鏈完好，可正常釋放靜電。

　　3.2 工裝、工具控制計劃

　　1）排查4套測試工裝放電回路接線無異常。

　　2）對4路電源14 V、12 V、（12 ～1、5）V放電實際效果檢查，3 s內(nèi)電壓余量可降至1 V以下。

　　3）對使用的工裝和測試底座的12 V電路（1通道黃色波形）和5 V電路(2通道綠色波形)進行過電測試，分別測量正常上電測試、頻繁開關(guān)機、帶電插拔、未接放電工裝測試，未發(fā)現(xiàn)異常。

　　3.3 人員操作執(zhí)行情況檢查

　　1）插件以及看板操作均無異常，未出現(xiàn)靜電防護不到位而接觸主板情況。

　　2）個別測試人員存在放電時間不足，未到3s即結(jié)束測試的情況，此項屬異常。

　　4 事件背景模擬情況

　　針對放電時間不足的情況進行模擬復(fù)現(xiàn)，驗證顯示板測試后，C20/C15 25 V/470 μF電解電容在放電不徹底情況下，引腳接觸到Y(jié)101晶振輸入/輸出端口3 s左右，測試芯片2、3引腳已短路失效，測試引腳阻值為355 Ω、59 Ω。

　　從模擬驗證的情況看，測試完成后，若放電時間不足，電解電容殘留余電在后工序周轉(zhuǎn)過程中存在對芯片放電導(dǎo)致芯片損傷隱患（如圖7）。

　　5 整改方向

　　綜上所述，導(dǎo)致芯片失效的主要兩大原因為芯片內(nèi)部線路設(shè)計以及測試放電時間不足。針對此兩點，分別制定專項整改措施：改進芯片設(shè)計和測試工裝放電。

　　5.1 芯片內(nèi)部線路改進

　　在設(shè)計上增大了芯片的線路最小線寬，提高芯片的抗耐壓能力。廠家生產(chǎn)過程增加leakage測試項目（在OUT端→IN 端子間追加Leak項目），并且延長測試時間（如圖8和表2）。

　　5.2 測試工裝放電效果目視化改善

　　1）FCT測試工裝放電電路原理圖如圖9和圖10。

　　2）測試完成后無法直觀判定主板放電是否有效，對測試工裝增加一個發(fā)光二極管監(jiān)控放電是否有效。驗證當測試完成后斷電待二級管完全滅了，此時的板子上所有的余電不會超過1 V。測試完成后看發(fā)光二極管燈滅后才能升起氣缸，保證放電的有效性，如圖11。

　　2）將測試工裝有頂針壓板測試方式更改為插線測試，由弱電控制方式進行測試。測試完成后直接打包，無多余工序周轉(zhuǎn)隱患?？梢?guī)避放電異常問題。

　　6 結(jié)論

　　通過對增大芯片線路最小線寬以及對測試放電防呆手段實施，經(jīng)過反復(fù)驗證產(chǎn)出1萬件，未出現(xiàn)芯片失效問題。改進效果明顯。集成電路中芯片失效EOS（電氣過載）、ESD（靜電釋放）問題，提出并落實新穎性改善，滿足了應(yīng)用領(lǐng)域新技術(shù)的要求。對FCT（功能測試）測試放電執(zhí)行效果改進，放電效果直接演變成實物直觀法進行判定，設(shè)備自帶檢測能力，對FCT測試產(chǎn)生的余電損傷問題進行杜絕性改善。

　　參考文獻

　　[1] 恩云飛.電子元器件失效分析及技術(shù)發(fā)展[J].失效分析與預(yù)防,2006(2):28.

　　[2] 韓銀和.芯片驗證分析及測試流程優(yōu)化技術(shù)[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學學報，2005(10).

　　作者簡介：劉明(1987—),男，助理工程師，主要研究方向：空調(diào)用控制器零部件分析研究。

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第9期第54頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。