KID65783AP顯示IC的失效分析與研究

　　王少輝，項永金（格力電器（合肥）有限公司，安徽?合肥?230088）

　　摘?要：柜機空調顯示板在廠(chǎng)內生產(chǎn)過(guò)程與售后出現大量失效，故障現象表現為顯示多劃、混亂、LED燈異常點(diǎn)亮等。經(jīng)過(guò)分析為KID65783AP顯示IC失效導致，失效模式為1腳對V _CC 屬性異?；蚱渌_對V _CC 屬性異常。失效芯片經(jīng)分析為部分管腳ESD損傷，以及部分管腳漏電流偏大。本文結合顯示驅動(dòng)IC的失效機理，失效電路，對顯示驅動(dòng)IC產(chǎn)品設計進(jìn)行優(yōu)化更改，提高顯示驅動(dòng)IC的ESD(MM)水平。產(chǎn)品同時(shí)導入漏電流的測試，從顯示IC產(chǎn)品本身測試篩選提高可靠性。

　　關(guān)鍵詞：顯示驅動(dòng)IC；ESD損傷；漏電流；晶圓設計；可靠性

　　0 引言

　　顯示界面比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，常采用LED作為顯示屏，主要是LED本身可發(fā)光，壽命長(cháng)，價(jià)格低，且驅動(dòng)簡(jiǎn)單。LED顯示屏被大量應用于空調顯示板，使用顯示效果較好。驅動(dòng)LED發(fā)光二極管采用顯示驅動(dòng)芯片，可以實(shí)現多段驅動(dòng)，價(jià)格低，驅動(dòng)方式簡(jiǎn)單。顯示芯片失效后，會(huì )導致出現顯示混亂，使整機無(wú)法正常顯示，對整機使用效果影響較大，因此研究驅動(dòng)顯示IC的失效模式、失效機理非常重要。

　　1 事件背景

　　家用柜機空調顯示板在廠(chǎng)內生產(chǎn)，以及售后故障失效突出。統計廠(chǎng)內直接在生產(chǎn)測試中出現故障，售后使用失效時(shí)間也較短。故障現象表現為顯示混亂，對故障件進(jìn)行復核分析，均為內機顯示板顯示驅動(dòng)IC失效，已嚴重影響空調售后故障率，顯示驅動(dòng)IC失效問(wèn)題急需進(jìn)行分析解決。

　　2 失效原因及失效機理分析

　　KID65783AP顯示IC失效，如圖1所示，廠(chǎng)內主要是顯示IC不同管腳短路，阻值變小，售后失效故障品也伴隨主控芯片失效。從外觀(guān)檢查，售后失效故障品P板均有燒黃。開(kāi)封查看晶圓內部不同管腳間均有過(guò)電擊穿損傷痕跡。

　　失效模式主要有兩種，一種是不同管腳對地與電源腳電阻值小，有的測試近似短路狀態(tài)，主要表現故障為缺劃、多劃等；另一種為芯片管腳反向漏電流偏大，表現故障為燈微亮。

　　2.1 管腳值小或短路

　　故障顯示板全屏顯示，查看3個(gè)顯示筆段缺劃，故障如下圖2所示，測試對應顯示驅動(dòng)芯片管腳均有損傷。此故障在廠(chǎng)內與售后均有失效，失效故障模式相同，均為不同管腳內部晶圓過(guò)電損傷。

　　部分故障品測試為電源腳或地腳，對輸入或輸出腳阻值小，或接近短路狀態(tài)。如下圖3所示，此單故障品電源腳（9腳）與輸入腳（1腳）阻值小，正常品為MΩ級，不良品在歐級已接近短路狀態(tài)。PIN1-9短路，對應原理圖為芯片內部的D1二極管短路。

　　對故障品晶圓開(kāi)封，去除表面封裝樹(shù)脂，開(kāi)封發(fā)現PIN1對V CC 線(xiàn)路上的二極管出現擊穿損傷點(diǎn)，如下圖4所示。

　　2.2 管腳漏電流偏大

　　單個(gè)芯片測試性能無(wú)異常，故障品主要在廠(chǎng)內失效，如圖5所示，顯示板關(guān)機后會(huì )有部分筆段發(fā)光二極管顯示微亮。

　　失效故障品表現為V CC -IN7出現50μA左右的漏電流（規格書(shū)對V CC -IN漏電流未做規定），如下圖6、圖7所示為芯片內部對應失效點(diǎn)。

　　正常品的V CC 對IN1-6端口反向漏電流幾乎是為0，如圖8所示QT2半導體特性曲線(xiàn)對比。從I/O特性判斷并非是EOS/ESD原因，晶圓本身的原因不能排除。

　　3 電路設計核查分析

　　具體顯示驅動(dòng)芯片驅動(dòng)電路如圖9所示，用來(lái)驅動(dòng)數碼管與發(fā)光二極管點(diǎn)亮，驅動(dòng)電壓5~12V，驅動(dòng)電壓較低。主控芯片傳輸高低電平信號到U103顯示芯片，顯示芯片根據主控信號輸出電壓控制不同的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，實(shí)現正常的顯示功能。

　　4 失效解決方案

　　從產(chǎn)品設計本身提高耐電壓能力，使產(chǎn)品各項性能提高，可靠性增強。對產(chǎn)品篩選檢驗測試增加新的管控項目，強化產(chǎn)品的測試篩選。

　　4.1 導入漏電流測試

　　廠(chǎng)家對出廠(chǎng)產(chǎn)品檢測方法進(jìn)行強化改善，增加管腳的漏電流的測試，增加輸入輸出電流法檢測，對器件管腳進(jìn)行檢測，避免因廠(chǎng)家檢測問(wèn)題導致故障品流入我司。

　　在輸出端與輸入端端子間追加漏電流測試項目，晶圓狀態(tài)有問(wèn)題，可以有效檢出。具體如表1、圖10、圖11所示。

　　4.1.2 輸出端耐電壓檢測

　　由于故障品為EOS損傷，損傷點(diǎn)為輸出端對地漏電流偏大，對現有測試項目強化，對各輸出端增加耐電壓檢測項目。測定條件和方法：各channel的V CC →OUT Leak。具體測試條件如表2、圖12、圖13。

　　4.2 提高晶圓的抗靜電能力

　　通過(guò)改變晶圓的內部的間隙來(lái)提高晶圓的抗靜電能力，主要擴大如圖14所示6個(gè)位置的間距。導入優(yōu)化晶圓設計，將失效區晶圓內部區域間距放大，提高本體的ESD(MM)水平。如圖14、表3所示，改善之后晶圓抗靜電耐壓能力明顯提高。

　　5 失效整改總結及意義

　　確認芯片失效為廠(chǎng)家本身產(chǎn)品設計，以及篩選不良，在我司使用出現故障。通過(guò)改變失效位置晶圓內部的電氣間隙，提高晶圓的耐壓。增加輸入與輸出端的漏電流測試，以及耐電壓測試，可有效地提高產(chǎn)品本身的抗靜電能力，且更好地對產(chǎn)品進(jìn)行篩選。本文從KID65783AP顯示IC的失效原因，以及失效機理、應用電路等多方面進(jìn)行分析，提高了芯片本身的抗靜電能力，售后整改效果顯著(zhù)。

　　參考文獻：

　　[1] 楊周偉,翟東媛.高抗ESD瞬態(tài)電壓抑制器的研究[J].功能材料與器件學(xué)報,2013(8).

　　[2] 郝素榮.集成電路的原理及可靠性分析[J].電子制作,2013(04).

　　[3] 趙智超,吳鐵峰.CMOS器件受靜電損傷的機理及保護[J].科技創(chuàng )業(yè)月刊,2017(10b).

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第05期第79頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）