一款USBkey用MCU電路早期失效問(wèn)題初探

　　1 問(wèn)題的提出

　　我公司生產(chǎn)的USBkey產(chǎn)品所使用的MCU電路，自2007年9月初USBkey產(chǎn)品開(kāi)始量產(chǎn)化后，我們對其部分產(chǎn)品做了電老化試驗，發(fā)現該款電路早期失效問(wèn)題達不到我們要求，上電以后一段時(shí)間內失效率為千分之一點(diǎn)五左右。為此，我們從去年10月到今年2月對所生產(chǎn)的產(chǎn)品(已發(fā)出的除外)全部進(jìn)行了電老化篩選，通過(guò)這項工作發(fā)現了一些規律性的東西，對提高電子產(chǎn)品的安全可靠性有一定指導意義。

　　2 試驗條件的設定

　　造成電路早期失效的原因很多，從IC設計到半導體生產(chǎn)工藝、電路封裝、焊接裝配等生產(chǎn)工序和生產(chǎn)設備、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)環(huán)境及人為的因素都有可能是成因，作為電路的使用方不可能都顧及到，也不可控。通過(guò)分析，我們認為還是著(zhù)眼于該款電路在完成半導體生產(chǎn)工藝后，在后部加工中所產(chǎn)生的早期失效問(wèn)題更有針對性。，因此決定從電路的后部加工工序即封裝、COS軟件以及產(chǎn)品SMT加工工藝等方面人手，安排幾種比對試驗并取得試驗數據，以期找出失效原因。

　　方法如下：

　　1．全部產(chǎn)品做老化，按同一封裝廠(chǎng)家不同的生產(chǎn)批次取得失效數據。

　　2．同一封裝批次，修改COS軟件與原COS產(chǎn)品做同樣條件的老化試驗，進(jìn)行失效數據比對。

　　3．對在兩家封裝廠(chǎng)封裝的MCU電路，分別取相同數量在同一條生產(chǎn)線(xiàn)上同時(shí)做SMT加工之后，又在同樣條件下做老化試驗，進(jìn)行失效數據比對。

　　4．不同封裝廠(chǎng)家的失效數據結果做對比。

　　5．通過(guò)試驗數據處理，找出引起電路早期失效的規律。

　　試驗條件：

　　根據該電路的工作電壓范圍(2.7V-5.5V)和工作溫度范圍(-25℃-85℃)，我們設定的老化條件為：室溫25℃、工作電壓5V(實(shí)測工作電流30mA)、老化時(shí)間16小時(shí)。

　　3 數據采集

　　自2007年10月至2008年2月用了四個(gè)多月時(shí)間對同期生產(chǎn)的USBkey產(chǎn)品中的385221枚進(jìn)行了電老化篩選。只有部分產(chǎn)品因為已經(jīng)發(fā)至各地客戶(hù)無(wú)法統計以外，都進(jìn)行了老化。所得到的試驗數據我們認為是可信的，同時(shí)也足以說(shuō)明問(wèn)題了。

　　老化試驗數據如表1所示。

　　4 數據結果分析

　　1．從表1、圖1、圖2、及圖3可以看出同一封裝廠(chǎng)家不同封裝批次失效率是不同的，而且和季節氣候有關(guān)，三季度是個(gè)高峰，這同封裝廠(chǎng)家彼時(shí)的生產(chǎn)環(huán)境可能有關(guān)。

　　2．對于同一時(shí)間段加工的晶圓，不同廠(chǎng)家封裝的產(chǎn)品，同一批次做SMT加T之后電老化，通過(guò)表2所得出的失效率結果是顯而易見(jiàn)的，封裝質(zhì)量對電路的早期失效確有影響。

　　3．從表4可知更改COS后的產(chǎn)品失效率為萬(wàn)分之五點(diǎn)三，而所用同批次MCU的老化總失效率約為萬(wàn)分之四。失效率基本吻合。

　　4．從表3對比兩家封裝廠(chǎng)的失效率結果其質(zhì)量也一目了然。但有一點(diǎn)要注意的，即使同一封裝廠(chǎng)家不同封裝批次質(zhì)量差別有時(shí)也會(huì )很大。

　　5．老化時(shí)間和失效的變化我們也做了曲線(xiàn)圖，失效高峰主要集中在起始階段，14小時(shí)后基本為零，如表5和圖4所示。

　　5 結論

　　通過(guò)以上試驗數據分析對比，我們認為，該款MCU電路早期失效問(wèn)題和電路封裝工藝確實(shí)存在很大關(guān)系，這里有個(gè)前提，限于條件我們將同一時(shí)間段加工的晶圓的生產(chǎn)質(zhì)量視為相同的(也就是說(shuō)某段時(shí)間所封不同批次的電路使用的晶圓是同時(shí)加工的)，這已經(jīng)得到了試驗數據的佐證。我們只是從試驗結果上作出上述判斷，集成電路生產(chǎn)廠(chǎng)家應在這方面引起注意。當然具體到封裝可能涉及的焊接拉力、包封料質(zhì)量、氣孔、引線(xiàn)框架、生產(chǎn)環(huán)境、包封溫度壓力及氣候影響等諸多因素的不同影響，還應進(jìn)一步試驗分析，就不在本文討論了。

　　具體到這款電路，修改COS軟件對早期失效相比較而言變化不大。如軟件有問(wèn)題當屬設計的結構性缺陷，那么失效率應遠遠高于目前的水平，否則邏輯上講不通。但軟件設計的不合理肯定會(huì )對電路的使用及可靠性帶來(lái)一系列問(wèn)題，電路的使用者在做開(kāi)發(fā)時(shí)也要注意到。

　　還有集成電路包裝問(wèn)題造成的影響，近年來(lái)隨著(zhù)電路加工工藝水平的提高也已經(jīng)引起了人們的足夠重視。對此SMT加工廠(chǎng)在電路拆開(kāi)密封包裝后應立即盡快生產(chǎn)，否則要烘烤水分后再上線(xiàn)，這些細微的疏忽都會(huì )對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。實(shí)驗結果證明，采取了以上措施后我們的SMT加工質(zhì)量得到了保證。另外有些集成電路供貨商在封裝廠(chǎng)家做完加工后自己還要拆開(kāi)包裝重新測試后再包裝出廠(chǎng)，因不具備一定的生產(chǎn)環(huán)境，也可能在這些環(huán)節埋下隱患。

　　總之，控制電路早期失效是一個(gè)很復雜的問(wèn)題，牽涉到電路的生產(chǎn)者還有使用者。

　　作為使用者，限于條件我們僅從某些方面人手作出如上判斷。有一點(diǎn)要注意：即便選擇了一家好的封裝廠(chǎng)，它在不同時(shí)段的封裝質(zhì)量也會(huì )不一樣，這很正常，關(guān)鍵看生產(chǎn)廠(chǎng)家如何進(jìn)行質(zhì)量控制。