【導(dǎo)讀】當(dāng)IC失效或客戶認(rèn)為它失效的時候，我們該怎么辦？做一次IC的失效分析還是做一個徹底的測試？這些都是在浪費時間。在解決IC失效問題上，什么才是最有效的失效分析，怎么做才能快速而有效地解決IC失效問題？本文將給你答案。
對一個復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行故障診斷的時候，知識儲備是最重要的。我們想要的并且需要去了解相關(guān)的一些問題。它包括正確的IC版本號，在哪里可以找到有關(guān)的參考資料，誰真正了解客戶端發(fā)生了什么。幫助客戶是我們最主要的關(guān)心的，IC的失效分析要求快速而正確的作出響應(yīng)。但是我們是否應(yīng)該期望在失效分析的時候，質(zhì)量保證部可以測試所有條件下的每一個參數(shù)呢？不，根本不可能，也來不及。大多數(shù)是猜測分析。這可能會引起一些人的吃驚，但質(zhì)量部門的人也是沒有水晶球或者是讀心術(shù)的。及時有效的IC故障診斷的唯一可能性是從客戶端得到關(guān)于IC失效的正確信息。
IC失效分析——它是在浪費時間
我們經(jīng)常聽到“觀念是現(xiàn)實的。”當(dāng)IC失效的時候或客戶認(rèn)為它失效了，我們必須做一個失效分析。為了更有效，我們必須得到準(zhǔn)確的相關(guān)信息。這是避免猜測的唯一出路。讓我講述一個發(fā)生在很久以前的小插曲。一個器件由于失效被退回來，我們沒有得到任何相關(guān)信息。我們對這個器件做了一系列驗證，例如運行自動測試設(shè)備，臺架試驗，X光檢查，及開蓋檢查。我們把這個器件浸在軟性電子的環(huán)境中，放在電子顯微鏡下觀察觀察損壞的地方。我們使用液晶涂層來測量溫度。這個器件是完好的。我們沒發(fā)現(xiàn)任何的失效原因。因此質(zhì)量部在報告中就寫了，我們想知道為什么這個器件由于失效被退回來？
大約兩個月后，我們幾乎是偶然間了解到，當(dāng)這個器件被加熱到+60℃以上，客戶的產(chǎn)品會失效。我們再一次做了失效分析。我們在室溫下(+25℃)測試這個器件，什么都沒發(fā)現(xiàn)。當(dāng)這個器件在測試中被毀壞后，它不再有任何的功能。最終，這是一次返回事件，它沒有再次發(fā)生。但這里有更重要的教訓(xùn)：沒有關(guān)鍵失效數(shù)據(jù)，我們只能是個盲人，也只能亂加猜測。我們浪費了大量的時間和金錢。
徹底的測試對QA來說是徒勞的
多次損壞的IC以至于無法確認(rèn)損壞的根源。客戶從總承包商哪里拿了一塊板子回實驗室。在實驗室里，他們把IC從板子上面取下來，并且聲明這個芯片是失效的。很可能，客戶會得出一個結(jié)論，失效的根本原因是由于芯片本身。他們想要我們做一個失效分析，但失效的數(shù)據(jù)在哪里呢？當(dāng)時的境況有被仔細(xì)記錄嗎？如何阻止將來的失效呢？我們又轉(zhuǎn)回到先前的猜測中，而不是實際查看——對有效的失效分析來說，它幾乎不是一個良方。
在這個案例中，客戶集中在多個輸出設(shè)備的三個引腳。這是我們所知道的：器件離開工廠的時候有幾個部門與數(shù)十億量的認(rèn)證；在它失效之前，工作了數(shù)小時。它會是個初期的失效還是由于外部操作而損壞呢？它已經(jīng)在客戶的電路中了嗎？是工作在參考電路環(huán)境下嗎？是工廠的ESD弱化電路而導(dǎo)致后面的失效嗎？也許這是由于運輸員忽略了ESD而導(dǎo)致芯片損壞？可能因素的列表看上去是無止境的。
從客戶那里收到最初的原理圖不是很有幫助。它顯示出的既不是什么導(dǎo)致器件失效也沒有顯示出需要去更改的。FAE需要去檢查一下地的處理方式。它是不是有被正確的分割？從原理圖上，你無法分辨地的連接。我們收到更多頁的原理圖，但是現(xiàn)在問題比答案還多。為什么客戶僅僅查看很多輸出中的三個呢？器件的任何輸入或者輸出已經(jīng)和低阻抗連接到板上的引腳嗎？電源和地平面是低阻抗連接嗎？板上的ESD會有問題嗎？我們還是在猜測中。
有效的失效分析——故障診斷是一個犯罪現(xiàn)場
現(xiàn)在我們想問，“怎樣在一開始就獲得正確的信息呢？”期待QA去做所有的條件下的每一個參數(shù)，它是合理的嗎？特別是關(guān)于這個失效我們什么都不了解的情況下。不是。我們會幫助客戶去理解為什么IC會失效，以及糾正它使用正確的應(yīng)用電路。
顯然的，這種做法與那些認(rèn)為失效分析應(yīng)該馬上做的思路產(chǎn)生沖突。我已經(jīng)聽到，“失效分析經(jīng)常是第一件要做的事情。在查看IC應(yīng)用電路之前，先查看IC的內(nèi)部。”我不能理解這個想法是源自哪里？我也不同意。失效分析不是第一要做的工作。相反地，調(diào)查“犯罪現(xiàn)場”和失效事件才是第一步要做的。
故障定位的信息是至關(guān)重要的，像警察調(diào)查員一樣，我們應(yīng)該竭盡全力去保護(hù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)。第一件事是查看IC的應(yīng)用電路，即，它在哪里失效。這樣一個簡單的事情，就像焊錫飛濺也可能是真正的答案。IC可能是部分工作，而不是完全失效。事實上，拆卸這顆IC可能會掩蓋真實的問題。
對于一個有效的失效分析來說，我們需要查看客戶的原理圖和收集所有失效的情況，為什么它會失效。是的。這個流程可能會遇到客戶保密的問題。這是一個常見的問題，它也就是為什么要有保密協(xié)議。這也就是這種情況，F(xiàn)AE作為工廠的眼睛和耳朵在世界各地。FAE可以查看客戶的設(shè)備，評估他們的原理圖，布線，以及應(yīng)用的其他條件。為了保護(hù)客戶的秘密，F(xiàn)AE只需要把客戶原理圖設(shè)計的相關(guān)部分發(fā)送給QA。而現(xiàn)在，QA將要使用這些可信的故障數(shù)據(jù)做最終處理。
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IC失效問題成功案例
回到我們之前的故事，當(dāng)?shù)谾AE客戶一起密切關(guān)注這個失效問題，當(dāng)手里有了更多的原理圖，我們可以看到：一個op amp連接著一個輸出管腳，但由于10kΩ的串聯(lián)電阻，它應(yīng)該幾乎不生效。通過使用一個共地，非分離地連接一個星點，供電噪聲直接被耦合，雖然去耦電容連接著其他供電。最小的去耦電容是0.1μF，表面貼裝0.1μF電容典型的自諧振大概是15MHz，高于它作為電感的頻率且導(dǎo)致停止作為電容的功能。
從中有兩個教訓(xùn)。首先，去耦電容是雙向道的，如果耦合了有噪聲的供電到一個干凈的供電，那么噪聲將污染了這個干凈供電。其次，同樣的事情也發(fā)生在有噪聲的地線上：噪聲將會污染干凈的供電。有噪聲的供電要和有噪聲的地線配對，而干凈的供電必須和干凈的地線配對。交叉污染可損壞電源和地線。上訴的自諧振頻率，使它變成了電感，也就是說，它不再傳導(dǎo)或者衰減高頻能量。
結(jié)論
我們兜了一圈重復(fù)我們初始的看法：在解決一個IC失效問題上，知識為王。從一個調(diào)查的開始，沒有任何人能有當(dāng)?shù)谾AE和客戶一起肩并肩檢查問題更有價值了。FAE必須要仔細(xì)檢查整個系統(tǒng)，板子的Layout，原理圖和應(yīng)用，然后把數(shù)據(jù)傳達(dá)回給QA。只有在這些準(zhǔn)確的、詳細(xì)的數(shù)據(jù)之下，我們才能解決IC失效問題，沒有這些數(shù)據(jù)，QA只能被迫猜測“犯罪現(xiàn)場”。
失效分析在后方
這里是一個相關(guān)的例子證明在一個失效的電路上為什么證明知識為王。沒有完整的失效數(shù)據(jù)，根本不可能得到準(zhǔn)確的FA。這個例子一開始并不是去解決一個IC失效問題的，但是很快IC失效問題就被卷進(jìn)去了。
一個朋友有一個老舊的生產(chǎn)于1927至1931之間的Model A Ford汽車，他安裝了一個從當(dāng)?shù)仄嚵悴考痰曩I來的收音機(jī)，但是它不能工作。他把這個收音機(jī)拿回給商店換了一個新的，再次安裝進(jìn)去之后結(jié)果還是不能工作。嘗試了三次的“壞”的收音機(jī)之后，商家把錢退回給他了。
他向一個古玩汽車俱樂部成員述說他的遭遇，他們告訴他，Model A汽車有一個正極搭鐵，所以收音機(jī)使它的供電顛倒。當(dāng)收音機(jī)期望連接至正極電壓時，它實際上連接的是一個負(fù)電壓。如果半導(dǎo)體上供電顛倒，半導(dǎo)體將會冒煙。
這個Model A的故事還在繼續(xù)，基于正極搭鐵的知識，我們的朋友買了一個昂貴的定制的DC-DC變換器用于反轉(zhuǎn)供電電壓。為了測試，他在工作臺上把電池連接到DC-DC變換器和收音機(jī)，結(jié)果收音機(jī)開始工作了。但是當(dāng)他把所有東西都嵌入到汽車時，保險絲燒斷了。最后，他只好請求他一個工程師朋友的幫助。
Model A的底座連接著電池的正極端子（按今天的電子器件來看，相當(dāng)于負(fù)極供電）。在1956年之后，美國的汽車都是負(fù)極搭鐵，電池的負(fù)極端子是連接底座的，生成正極供電。當(dāng)今在汽車商店買的消費品是假定汽車是負(fù)極搭鐵的。下面的圖1在工作臺上能工作是因為收音機(jī)沒有螺栓固定在汽車的底座上。
在DC-DC變換器中沒有一個地隔離以省成本；事實上，正極輸入和正極輸出被連接在底座地上。所以，當(dāng)此裝置在工作臺上時，它能工作是因為沒有把虛線部分的底座地連接到收音機(jī)上。一旦把收音機(jī)接到汽車上時，收音機(jī)被短路到電源，保險絲就會燒斷了。
假設(shè)你是一個收音機(jī)公司的技術(shù)人員且被安排對這些返回的收音機(jī)做失效分析，而當(dāng)?shù)氐纳碳抑粫嬖V你他所知道的：“裝上去之后不工作。”然后你打開收音機(jī)且發(fā)現(xiàn)很多被燒壞的器件。是什么導(dǎo)致這些問題？如果沒有更具體的表現(xiàn)數(shù)據(jù)，你只能去猜測了。就如我們所說的，任何一個QA需要完整的失效故事才能得出有效的修復(fù)器件的建議。
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