家用空調器圓柱柜機顯示板芯片失效研究與改進(jìn)

　　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：圓柱形空氣調節器相較于傳統的空調器，不僅外觀(guān)優(yōu)雅大方，而且可實(shí)現多向均勻出風(fēng)、出風(fēng)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(shí)現。實(shí)際過(guò)程中頻繁出現控制器芯片失效故障，困擾制造廠(chǎng)家同時(shí)造成客戶(hù)投訴問(wèn)題。本文重點(diǎn)研究空調器顯示器芯片失效，如何快速分析、改善、優(yōu)化內容，如測試改善、設計改進(jìn)。

　　關(guān)鍵詞：空調器；圓柱柜機；芯片失效；測試改善；設計改進(jìn)

　　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(guò)嚴格FCT（功能測試）環(huán)節。實(shí)際檢測過(guò)程對EOS（電氣過(guò)載）、ESD（靜電釋放）兩種損傷問(wèn)題，不能完全有效檢測。對于SSD（靜電敏感器件）物料，FCT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(wèn)題，本文特結合物料特性、檢測方法進(jìn)行研究?jì)?yōu)化，優(yōu)化物料結構進(jìn)行可行性分析。

　　1 事件背景

　　柜機顯示器過(guò)程檢測出現缺劃、FC保護、按鍵失靈故障，經(jīng)對比數據，其中U101 36000838驅動(dòng)芯片晶振輸入（2引腳）、輸出（3引腳）

　　引腳失效，占故障總數的45%； 36000265顯示控制芯片失效，集中在7、8、9、10、11腳失效，占故障總數的27%；2003芯片、觸摸芯片、V101 IC失效占總數28%。從芯片失效數據看主要集中為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(jìn)行開(kāi)封分析（如圖1），36000838芯片開(kāi)封后，晶圓表面存在明顯灼傷痕跡，分析為EOS過(guò)電損傷導致；36000619、36000898芯片開(kāi)封后，晶圓表面未發(fā)現異常，分析為ESD靜電損傷導致。從故障品開(kāi)封結構看此次異常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(jìn)行機械靜電壓(MM)試驗。

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

　　2）對芯片1、3引腳進(jìn)行人體靜電壓（HBM）試驗。

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

　　3）芯片設計分析。

　　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，屬芯片設計缺陷，線(xiàn)路線(xiàn)寬過(guò)小，易導致晶圓受損而使芯片功能失效。

　　3 過(guò)程控制研判

　　3.1 車(chē)間靜電控制預案

　　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(guò)5 mA，下限阻值1 MΩ，各接地點(diǎn)接地間的電阻值在（0.75～1 000） MΩ，符合要求未發(fā)現異常。

　　2）線(xiàn)體人員全部佩戴靜電環(huán)，且阻值測試無(wú)異常。

　　3）線(xiàn)體離子風(fēng)機消除靜電均可在3 s內從±1 000V降至50 V，無(wú)異常。

　　4）工裝車(chē)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(xiàn)無(wú)異常。

　　2）對4路電源14 V、12 V、（12 ～1、5）V放電實(shí)際效果檢查，3 s內電壓余量可降至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(jìn)行過(guò)電測試，分別測量正常上電測試、頻繁開(kāi)關(guān)機、帶電插拔、未接放電工裝測試，未發(fā)現異常。

　　3.3 人員操作執行情況檢查

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

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

　　4 事件背景模擬情況

　　針對放電時(shí)間不足的情況進(jìn)行模擬復現，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Y101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(shí)間不足，電解電容殘留余電在后工序周轉過(guò)程中存在對芯片放電導致芯片損傷隱患（如圖7）。

　　5 整改方向

　　綜上所述，導致芯片失效的主要兩大原因為芯片內部線(xiàn)路設計以及測試放電時(shí)間不足。針對此兩點(diǎn)，分別制定專(zhuān)項整改措施：改進(jìn)芯片設計和測試工裝放電。

　　5.1 芯片內部線(xiàn)路改進(jìn)

　　在設計上增大了芯片的線(xiàn)路最小線(xiàn)寬，提高芯片的抗耐壓能力。廠(chǎng)家生產(chǎn)過(guò)程增加leakage測試項目（在OUT端→IN 端子間追加Leak項目），并且延長(cháng)測試時(shí)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(wú)法直觀(guān)判定主板放電是否有效，對測試工裝增加一個(gè)發(fā)光二極管監控放電是否有效。驗證當測試完成后斷電待二級管完全滅了，此時(shí)的板子上所有的余電不會(huì )超過(guò)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(xiàn)測試，由弱電控制方式進(jìn)行測試。測試完成后直接打包，無(wú)多余工序周轉隱患?？梢幈芊烹姰惓?wèn)題。

　　6 結論

　　通過(guò)對增大芯片線(xiàn)路最小線(xiàn)寬以及對測試放電防呆手段實(shí)施，經(jīng)過(guò)反復驗證產(chǎn)出1萬(wàn)件，未出現芯片失效問(wèn)題。改進(jìn)效果明顯。集成電路中芯片失效EOS（電氣過(guò)載）、ESD（靜電釋放）問(wèn)題，提出并落實(shí)新穎性改善，滿(mǎn)足了應用領(lǐng)域新技術(shù)的要求。對FCT（功能測試）測試放電執行效果改進(jìn)，放電效果直接演變成實(shí)物直觀(guān)法進(jìn)行判定，設備自帶檢測能力，對FCT測試產(chǎn)生的余電損傷問(wèn)題進(jìn)行杜絕性改善。

　　參考文獻

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

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

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