家用空調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：圓柱形空氣調節器相較于傳統的空調器，不僅外觀優雅大方，而且可實現多向均勻出風、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。實際過程中頻繁出現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。本文重點研究空調器顯示器芯片失效，如何快速分析、改善、優化內容，如測試改善、設計改進。

　　關鍵詞：空調器；圓柱柜機；芯片失效；測試改善；設計改進

　　0 前言

　　為保證整機產品性能合格，從產品零部件、控制器、整機均需要經過嚴格FCT（功能測試）環節。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，FCT強電檢測方式同樣存在EOS損傷隱患。為有效解決此種SSD失效問題，本文特結合物料特性、檢測方法進行研究優化，優化物料結構進行可行性分析。

　　1 事件背景

　　柜機顯示器過程檢測出現缺劃、FC保護、按鍵失靈故障，經對比數據，其中U101 36000838驅動芯片晶振輸入（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過電損傷導致；36000619、36000898芯片開封后，晶圓表面未發現異常，分析為ESD靜電損傷導致。從故障品開封結構看此次異常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，線路線寬過小，易導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，符合要求未發現異常。

　　2）線體人員全部佩戴靜電環，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、頻繁開關機、帶電插拔、未接放電工裝測試，未發現異常。

　　3.3 人員操作執行情況檢查

　　1）插件以及看板操作均無異常，未出現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，若放電時間不足，電解電容殘留余電在后工序周轉過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路設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：改進芯片設計和測試工裝放電。

　　5.1 芯片內部線路改進

　　在設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，此時的板子上所有的余電不會超過1 V。測試完成后看發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，無多余工序周轉隱患。可規避放電異常問題。

　　6 結論

　　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，經過反復驗證產出1萬件，未出現芯片失效問題。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，滿足了應用領域新技術的要求。對FCT（功能測試）測試放電執行效果改進，放電效果直接演變成實物直觀法進行判定，設備自帶檢測能力，對FCT測試產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發展[J].失效分析與預防,2006(2):28.

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

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

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