關(guān)于商用空調(diào)顯示板功能紊亂失效研究與應(yīng)用

0   前言

在我們使用主芯片的過程中，往往測(cè)試會(huì)出現(xiàn)各種異常，主要為過電損傷、金線綁定異常、廠家篩選程序異常以及設(shè)計(jì)程序不完善等問題。過電損傷、金線綁定問題比較容易分析，廠家篩選程序漏洞通過反查也比較容易識(shí)別及整改，設(shè)計(jì)程序不完善問題相對(duì)比較難分析，特別是不容易復(fù)現(xiàn)的故障，往往就與程序設(shè)計(jì)有關(guān)，本文主要講述程序運(yùn)算設(shè)計(jì)不完善導(dǎo)致的功能紊亂的分析過程、分析思路及整改。

作者簡(jiǎn)介：陳明軒（1989—），男，助理工程師，主要研究方向：電子元器件失效分析。

1   背景

2019 年，控制器廠在生產(chǎn)手操器時(shí)，測(cè)試出現(xiàn)13單功能紊亂異常，按模式鍵實(shí)際顯示是其它鍵的功能，分析未發(fā)現(xiàn)裝配異常，主芯片未發(fā)現(xiàn)損傷，金線綁定無(wú)異常，化學(xué)開封未發(fā)現(xiàn)過電現(xiàn)象，分析與軟件有關(guān)，需要深入分析研究。

2   主芯片按鍵功能觸發(fā)檢測(cè)AD值的檢測(cè)邏輯

主芯片的功能就是通過檢測(cè)，發(fā)出指令。

主芯片檢測(cè)AD 值V 檢－ V 基＞ V 閥，即可觸發(fā)按鍵指令。當(dāng)V 檢值＞ 65 535 時(shí)，會(huì)持續(xù)觸發(fā)按鍵指令。此主芯片采集的AD 值計(jì)算方式以40 次累計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。

3   主芯片AD值檢測(cè)影響因素

① AD 值檢測(cè)結(jié)果= 外部環(huán)境電容因素+ 設(shè)計(jì)硬件電容因素+ 主芯片本身電容因素+ 手指觸摸電容因素。

②失效模式確認(rèn)：實(shí)際測(cè)量故障件的V 實(shí)檢值為69 000，大于V 檢65 535，故此次手操器按鍵功能錯(cuò)亂的失效模式為主芯片檢測(cè)AD 值偏大，按鍵持續(xù)觸發(fā)導(dǎo)致在某一個(gè)按鍵中持續(xù)響應(yīng)，此時(shí)其他按鍵均響應(yīng)失效的按鍵。

4   驗(yàn)證數(shù)據(jù)分析

①主芯片內(nèi)部參數(shù)影響

隨機(jī)抽取16 個(gè)樣件驗(yàn)證主芯片AD 值對(duì)比差異，主芯片內(nèi)部影響因素的AD 值差異的最大值為14 200，樣件中最大值與最小值進(jìn)行互換主芯片，經(jīng)過確認(rèn)主芯片檢測(cè)的AD 值跟隨主芯片走，說明主芯片內(nèi)部AD 值存在較大差異性。此點(diǎn)經(jīng)過技術(shù)交流后，沒有確定的參考范圍。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

小結(jié)：互換后主芯片采樣值跟隨主芯片走。

②外部環(huán)境因素影響：

各抽取16 件樣件進(jìn)行驗(yàn)證分析，其中記號(hào)筆油墨對(duì)主芯片檢測(cè)的AD 值影響范圍為200~600，標(biāo)簽不干膠+ 記號(hào)筆油墨對(duì)主芯片檢測(cè)的AD 值影響范圍為1 000~1 400，老化后對(duì)主芯片檢測(cè)的AD 值影響范圍為0~600，外部環(huán)境影響AD 值檢測(cè)差異在2 000 以內(nèi)。

表1 手操器按鍵AD值采樣數(shù)據(jù)

③其他方面驗(yàn)證數(shù)據(jù)：

家用抽機(jī)抽取樣件20 件（無(wú)記號(hào)筆油墨和標(biāo)簽），主芯片檢測(cè)AD 最大值為58 000，最小值＜ 48 000（安全值），說明家用生產(chǎn)的制品同樣存在主芯片內(nèi)部參數(shù)的影響。手指觸摸對(duì)主芯片采集AD 值的影響同步安排10 人進(jìn)行驗(yàn)證，檢測(cè)AD 值范圍為4 000±500。對(duì)商用生產(chǎn)同批次樣件進(jìn)行清記號(hào)筆油墨和不干膠，清洗后主芯片采集的AD 值下降12 000，表面殘留的記號(hào)筆油墨和不干膠的混合成分對(duì)主芯片采樣的AD 值也有較大影響。驗(yàn)證由記號(hào)筆油墨涂抹＋標(biāo)簽下涂抹金屬粉的狀態(tài)下，主芯片采集的AD 值上升2 000，說明表面的混合成分存在一定的影響。

5   外界環(huán)境影響因素檢測(cè)分析

①記號(hào)筆油墨成分含有金屬成分，其中鐵含量5%，其他可以忽略不計(jì)；

②標(biāo)簽不干膠的導(dǎo)電離子含量為0；

③生產(chǎn)線使用的EVA 托盤碳元素含量為0；

④故障件油墨使用EDX 掃描結(jié)果未含金屬成分。

6   原因鎖定

此次異常的失效機(jī)理主要由主芯片內(nèi)部參數(shù)差異的主要原因和外部環(huán)境影響的次要原因組成的綜合因素導(dǎo)致（如圖1）。

圖1 主芯片檢測(cè)AD值影響范圍模擬圖

①軟件方面原因：算法是基于10 位AD 的，AD 采樣值累加40 次的變量是16 位的，而芯片內(nèi)部AD 是12位AD，當(dāng)AD 采樣值偏大，累加40 次會(huì)造成溢出。

②外部環(huán)境原因：生產(chǎn)過程使用記號(hào)油性筆中含有金屬離子影響電容型觸摸按鍵線路寄生電容。

7   制定整改方案

①需要在觸摸算法軟件上予以解決。此芯片的內(nèi)部電容的典型值為25 pF；但是，由于制造公差的緣故，該典型值可能有最多20% 的變化，考慮到Cbase 的公差可能有最多20% 的變化，即總公差可能有最多40%的變化。累加值和閥值除以2（相當(dāng)于11 位AD），完全可以解決電容值公差±40% 的情況，所以在軟件上修改累加值和閥值除以2 即可。

②規(guī)范控制器生產(chǎn)過程標(biāo)簽粘貼、劃線的通知，對(duì)于油性筆、油漆筆、水性筆等輔助劃線工具嚴(yán)禁在產(chǎn)品線路、器件上隨意涂畫，尤其是觸摸采樣線路、運(yùn)放采用線路、晶振線路、高頻線路嚴(yán)禁劃線；對(duì)于編碼標(biāo)簽、防錯(cuò)標(biāo)簽、型號(hào)標(biāo)簽、訂單標(biāo)簽、PASS、外觀標(biāo)簽等嚴(yán)格按照工藝文件要求執(zhí)行，貼在主板空白處。

8   整改效果跟蹤

通過程序上算法的優(yōu)化可以徹底解決采樣的AD 值偏大的問題，解決外部因素以及主芯片本身的制作差異，同時(shí)規(guī)范廠內(nèi)生產(chǎn)過程標(biāo)簽粘貼和劃線完全解決外部因素的影響，以上可以解決本次發(fā)生的質(zhì)量問題，整改后未再出現(xiàn)此類問題，整改有效。

9   結(jié)語(yǔ)

芯片異常一般為ESD、EOS 導(dǎo)致較多，這種問題往往會(huì)將芯片的I/O 口或VCC 擊穿，造成測(cè)試阻抗小、PN 結(jié)值小，當(dāng)測(cè)試未發(fā)現(xiàn)值小時(shí)，就要考慮到各方面的因素，以及是否存在程序運(yùn)算問題，此類的問題需要考慮各種外部因素的影響（包括溫度等影響），綜合分析，才能找到問題根源進(jìn)行解決。

參考文獻(xiàn)：

[1] 史大鵬.多功能集成電路(IC)卡應(yīng)用管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2011.

[2] 陳逵.電子元器件失效分析的常用技術(shù)手段及應(yīng)用[J].大科技,2013(11):305-306.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年3月期）