家用空调器圆柱柜机显示板芯片失效研究与改进

　　刘 明，杨守武，宣圣贵，程 磊（格力电器（合肥）有限公司，安徽 合肥 230088）

　　摘 要：圆柱形空气调节器相较于传统的空调器，不仅外观优雅大方，而且可实现多向均匀出风、出风范围广，舒适度大大提升。而在其中起核心作用的就是控制器功能实现。实际过程中频繁出现控制器芯片失效故障，困扰制造厂家同时造成客户投诉问题。本文重点研究空调器显示器芯片失效，如何快速分析、改善、优化内容，如测试改善、设计改进。

　　关键词：空调器；圆柱柜机；芯片失效；测试改善；设计改进

　　0 前言

　　为保证整机产品性能合格，从产品零部件、控制器、整机均需要经过严格FCT（功能测试）环节。实际检测过程对EOS（电气过载）、ESD（静电释放）两种损伤问题，不能完全有效检测。对于SSD（静电敏感器件）物料，FCT强电检测方式同样存在EOS损伤隐患。为有效解决此种SSD失效问题，本文特结合物料特性、检测方法进行研究优化，优化物料结构进行可行性分析。

　　1 事件背景

　　柜机显示器过程检测出现缺划、FC保护、按键失灵故障，经对比数据，其中U101 36000838驱动芯片晶振输入（2引脚）、输出（3引脚）

　　引脚失效，占故障总数的45%； 36000265显示控制芯片失效，集中在7、8、9、10、11脚失效，占故障总数的27%；2003芯片、触摸芯片、V101 IC失效占总数28%。从芯片失效数据看主要集中为36000838、36000265芯片失效最为突出，共计占比73%。

　　2 芯片失效机理分析

　　2.1 失效机理分析

　　分别取故障品36000265芯片、36000898芯片、36000838芯片各1单进行开封分析（如图1），36000838芯片开封后，晶圆表面存在明显灼伤痕迹，分析为EOS过电损伤导致；36000619、36000898芯片开封后，晶圆表面未发现异常，分析为ESD静电损伤导致。从故障品开封结构看此次异常EOS、ESD损伤并存。

　　2.2 芯片自身特性分析

　　1）对芯片1、3引脚进行机械静电压(MM)试验。

　　当机械静电压200 V时，对芯片引脚安特特性进行测试，曲线正常，未出现损坏情况（如图2）。

　　2）对芯片1、3引脚进行人体静电压（HBM）试验。

　　当人体静电压2 kV时，对芯片引脚安特特性进行测试，曲线正常，未出现损坏情况（如图3）。

　　3）芯片设计分析。

　　芯片失效通道存在共性（如图4），均集中在第7组I/O口，该通道抗静电能力最弱，属芯片设计缺陷，线路线宽过小，易导致晶圆受损而使芯片功能失效。

　　3 过程控制研判

　　3.1 车间静电控制预案

　　1）限流电阻和连接端子连接可靠，并具有一定载流能力，限流电阻阻值的选择，泄露电流不超过5 mA，下限阻值1 MΩ，各接地点接地间的电阻值在（0.75～1 000） MΩ，符合要求未发现异常。

　　2）线体人员全部佩戴静电环，且阻值测试无异常。

　　3）线体离子风机消除静电均可在3 s内从±1 000V降至50 V，无异常。

　　4）工装车接接地链完好，可正常释放静电。

　　3.2 工装、工具控制计划

　　1）排查4套测试工装放电回路接线无异常。

　　2）对4路电源14 V、12 V、（12 ～1、5）V放电实际效果检查，3 s内电压余量可降至1 V以下。

　　3）对使用的工装和测试底座的12 V电路（1通道黄色波形）和5 V电路(2通道绿色波形)进行过电测试，分别测量正常上电测试、频繁开关机、带电插拔、未接放电工装测试，未发现异常。

　　3.3 人员操作执行情况检查

　　1）插件以及看板操作均无异常，未出现静电防护不到位而接触主板情况。

　　2）个别测试人员存在放电时间不足，未到3s即结束测试的情况，此项属异常。

　　4 事件背景模拟情况

　　针对放电时间不足的情况进行模拟复现，验证显示板测试后，C20/C15 25 V/470 µF电解电容在放电不彻底情况下，引脚接触到Y101晶振输入/输出端口3 s左右，测试芯片2、3引脚已短路失效，测试引脚阻值为355 Ω、59 Ω。

　　从模拟验证的情况看，测试完成后，若放电时间不足，电解电容残留余电在后工序周转过程中存在对芯片放电导致芯片损伤隐患（如图7）。

　　5 整改方向

　　综上所述，导致芯片失效的主要两大原因为芯片内部线路设计以及测试放电时间不足。针对此两点，分别制定专项整改措施：改进芯片设计和测试工装放电。

　　5.1 芯片内部线路改进

　　在设计上增大了芯片的线路最小线宽，提高芯片的抗耐压能力。厂家生产过程增加leakage测试项目（在OUT端→IN 端子间追加Leak项目），并且延长测试时间（如图8和表2）。

　　5.2 测试工装放电效果目视化改善

　　1）FCT测试工装放电电路原理图如图9和图10。

　　2）测试完成后无法直观判定主板放电是否有效，对测试工装增加一个发光二极管监控放电是否有效。验证当测试完成后断电待二级管完全灭了，此时的板子上所有的余电不会超过1 V。测试完成后看发光二极管灯灭后才能升起气缸，保证放电的有效性，如图11。

　　2）将测试工装有顶针压板测试方式更改为插线测试，由弱电控制方式进行测试。测试完成后直接打包，无多余工序周转隐患。可规避放电异常问题。

　　6 结论

　　通过对增大芯片线路最小线宽以及对测试放电防呆手段实施，经过反复验证产出1万件，未出现芯片失效问题。改进效果明显。集成电路中芯片失效EOS（电气过载）、ESD（静电释放）问题，提出并落实新颖性改善，满足了应用领域新技术的要求。对FCT（功能测试）测试放电执行效果改进，放电效果直接演变成实物直观法进行判定，设备自带检测能力，对FCT测试产生的余电损伤问题进行杜绝性改善。

　　参考文献

　　[1] 恩云飞.电子元器件失效分析及技术发展[J].失效分析与预防,2006(2):28.

　　[2] 韩银和.芯片验证分析及测试流程优化技术[J].计算机辅助设计与图形学学报，2005(10).

　　作者简介：刘明(1987—),男，助理工程师，主要研究方向：空调用控制器零部件分析研究。

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第9期第54页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。