國產(chǎn)二次集成電路的主要失效模式

鄒澤勇

摘要

本文對國產(chǎn)二次繼承電路主要失效模式分析基礎(chǔ)上，結(jié)合案例，對國產(chǎn)二次集成電路失效模式及原因、預(yù)防控制等進行總結(jié)分析，以為相關(guān)實踐及研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】國產(chǎn) 二次集成電路 主要 失效模式

二次集成電路具有精度高以及穩(wěn)定性好、抗干擾與抗輻射能力強等特征優(yōu)勢，在各類電子產(chǎn)品生產(chǎn)與制造中設(shè)計應(yīng)用較為廣泛，尤其是在軍事以及航天等領(lǐng)域，對二次集成電路設(shè)計及產(chǎn)品應(yīng)用需求不斷提升。以航天工業(yè)生產(chǎn)中所應(yīng)用的二次集成電路設(shè)計產(chǎn)品為例，結(jié)合其失效情況來看，在二次集成電路設(shè)計產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用篩選過程以及進行電路可靠性試驗階段，或者是進行制造產(chǎn)品的安裝、調(diào)試以及設(shè)備運行試驗等階段都存在相應(yīng)失效情況，并且導(dǎo)致其失效發(fā)生的原因與生產(chǎn)工藝技術(shù)以及使用操作不合理等情況有關(guān)。

1 國產(chǎn)二次集成電路的主要失效模式

1.1 因設(shè)計與生產(chǎn)工藝引起的二次集成電路失效模式

其中，半導(dǎo)體集成電路芯片失效是二次集成電路失效的主要模式之一，主要表現(xiàn)為二次集成電路內(nèi)部組合受劃傷造成開路或者是由于電路密封性導(dǎo)致的參數(shù)變化出現(xiàn)失效情況;此外還包括二次集成電路設(shè)計中對電路參數(shù)選擇不合理，或者是對功率芯片熱設(shè)計不合理造成擊穿或燒毀情況發(fā)生引起的失效情況。二次集成電路內(nèi)部使用半導(dǎo)體集成電路芯片不能預(yù)先進行篩選，對內(nèi)部存在缺陷或參數(shù)漂移過大情況電路進行老化剔除，再加上二次集成電路高溫存貯與功率老化試驗中電路老化容易受到管腿等因素限制，造成參數(shù)漂移過大以及穩(wěn)定性較差的半導(dǎo)體集成電路芯片不能全部被剔除，造成電路失效問題發(fā)生等。

其次，二次集成電路的基片斷裂失效模式表現(xiàn)為基片脫落以及基片斷裂，或者是功率器件熱設(shè)計不合理引起基片熱分布不均，引起功率老化在使用過程中斷裂發(fā)生，導(dǎo)致失效問題產(chǎn)生。其中，基片脫落造成的二次集成電路失效與其基片面積較大，導(dǎo)致管殼變形或者是粘料不均勻、粘結(jié)材料選擇不合理等情況下，使二次集成電路產(chǎn)品在早期離心或震動、沖擊試驗等過程中出現(xiàn)脫落或開裂，引起二次集成電路失效發(fā)生。

此外，二次集成電路設(shè)計或生產(chǎn)過程中，因設(shè)計或生產(chǎn)工藝引起的失效模式，還包括二次集成電路內(nèi)部組合問題引起的失效情況，其中包括內(nèi)部鍵合或者是二次集成電路芯片與片狀電阻、電容粘結(jié)不牢靠等造成其在試驗過程中出現(xiàn)失效情況。同時，二次集成電路設(shè)計或生產(chǎn)中，由于芯片或片狀電阻、電容粘結(jié)中粘料過多導(dǎo)致與相鄰導(dǎo)帶或電阻產(chǎn)生短路，也會導(dǎo)致二次集成電路失效發(fā)生。

最后，二次集成電路設(shè)計與生產(chǎn)中，因無源元件或?qū)У鹊脑O(shè)計、生產(chǎn)等問題造成的失效模式中，以無源元件設(shè)計或生產(chǎn)引起的失效模式為例，主要表現(xiàn)為無源元件的薄厚膜電阻參數(shù)漂移，或者是無源元件片狀電容器粘結(jié)中出現(xiàn)粘結(jié)不良或漏電等情況，都會引起無源元件失效發(fā)生。其中，無源元件設(shè)計或生產(chǎn)中薄厚膜電阻參數(shù)漂移導(dǎo)致的失效情況，與電阻化學(xué)組分變化（即K+離子等存在導(dǎo)致電阻膜受到腐蝕）以及其生產(chǎn)工藝存在的缺陷等都有一定關(guān)系，比如，二次集成電路生產(chǎn)中，無源元件生產(chǎn)加工所采用的電阻調(diào)整手段較為落后，造成橫截面嚴重劃傷引起使用中阻值過大或者是劃傷部位在使用中出現(xiàn)局部燒毀等，都會造成二次集成電路無源元件失效發(fā)生。而二次集成電路導(dǎo)帶失效與導(dǎo)帶設(shè)計會生產(chǎn)中圖形不整，或者是相鄰導(dǎo)帶之間存在光刻毛刺導(dǎo)致短路發(fā)生、導(dǎo)帶薄層內(nèi)應(yīng)力或基片表面處理不合理造成開裂等情況因素有很大關(guān)系。

除上述情況下，因二次集成電路設(shè)計或生產(chǎn)引起的失效模式還包括二次集成電路管殼較大導(dǎo)致封裝困難，容易在設(shè)計或生產(chǎn)過程中出現(xiàn)管殼漏氣等引起失效發(fā)生，或者是大功率二次集成電路改制中因分立元件散熱問題造成熱集中，引起電路失效等。

1.2 因使用引起的二次集成電路失效模式

因使用引起的二次集成電路失效情況，也是二次集成電路失效模式中比例較大的部分，二次繼承電路的運輸、存貯以及測試、安裝焊接、設(shè)備調(diào)試等各個使用環(huán)節(jié)中，因使用或操作不當(dāng)都可能引起相關(guān)失效問題發(fā)生。比如，在二次集成電路的測試與安裝焊接過程中，一旦出現(xiàn)測試或安裝焊接操作不正確就會造成電路損傷或燒毀等情況發(fā)生，從而導(dǎo)致二次集成電路失效存在。以二次集成電路的測試為例，如果測試過程中出現(xiàn)誤插或者是反插、短路等情況問題，就會引起電路出現(xiàn)損傷或發(fā)生燒毀，進而造成電路失效;而二次集成電路設(shè)備調(diào)試階段，如果存在電源或者是輸入信號波動變化較大，就會引起電路擊穿燒毀情況發(fā)生，或者是在示波器探頭端引進高壓以及電路相鄰管腳出現(xiàn)碰撞短路等，都會導(dǎo)致電路失效發(fā)生，對其正常使用造成不利影響。

2 案例分析

2.1 失效案例介紹

某國產(chǎn)大型盾構(gòu)設(shè)備主控制系統(tǒng)板所采用的LT35063A升壓DC/DC變換器中控制電路即為典型的國產(chǎn)二次集成電路模式，在實際設(shè)計應(yīng)用中，能夠通過少量的外部原件配置，替換該LT35063A升壓DC/DC變換器的MC35063A電路，構(gòu)成集升壓、降壓與電壓反轉(zhuǎn)的DC/DC變換器。如圖1所示，即為LT35063A升壓DC/DC變換器的電路連接方式。

在進行該大型盾構(gòu)設(shè)備主控制系統(tǒng)板安裝中，主控室控制箱內(nèi)每塊控制子板安裝使用一片LT35063A，但是，在其中某一塊控制子板裝配完成后進行加電測試過程中發(fā)生電路失效，主要表現(xiàn)為加電測試環(huán)節(jié)LT35063A輸電電壓超出系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致控制子板斷電保護觸發(fā)發(fā)生電路失效。經(jīng)對失效電路進行測試發(fā)現(xiàn)LT35063A輸入電壓在從16V降至10V時，輸出電壓升高至40V至50V之間，而LT35063A輸入電壓由10V降至5V時，輸出電壓恢復(fù)至36V，并且在不重新上電只調(diào)高輸入電壓下，在LT35063A輸入電壓高于10V時，輸出電壓重新出現(xiàn)升高變化后不恢復(fù)正常，在輸入電壓調(diào)高至16V情況下，輸出電壓達到60V，且需要穩(wěn)定3至5s后才能恢復(fù)正常電壓值，這一時刻重新上電后輸出電壓恢復(fù)正常。

2.2 原因分析

根據(jù)上述電路失效情況，對出現(xiàn)失效的控制子板LT35063A進行拆機更換后顯示其故障情況仍無法消除，在此基礎(chǔ)上對拆機LT35063A進行復(fù)測顯示正常工作，由此可判斷為控制子板故障導(dǎo)致的LT35063A電路失效。針對這一情況，在確認控制子板電阻以及電容、電感、二極管選型等參數(shù)及安裝均按照有關(guān)設(shè)計進行選擇設(shè)置，同時根據(jù)控制子板能夠?qū)е翷T35063A輸出電壓升高的電路元件進行拆機測試后，最終顯示為1N5819二極管參數(shù)與設(shè)計要求不符合，因此，在更換1N5819二極管后進行控制子板重新測試顯示失效電路正常工作，同時判斷該控制子板LT35063A電路失效是由國產(chǎn)1N5819二極管失效引起。而導(dǎo)致1N5819二極管失效的主要原因為供貨廠商進行供貨前未及時將失效產(chǎn)品進行篩除，再加上控制子板裝配環(huán)節(jié)使用單位未及時進行二極管篩選測試，最終導(dǎo)致在控制子板LT35063A電路加電測試中發(fā)生電路失效。

2.3 預(yù)防措施

針對上述國產(chǎn)大型盾構(gòu)設(shè)備主控系統(tǒng)板LT35063A電路失效情況及原因，為避免電路失效對設(shè)備系統(tǒng)的正常裝配使用造成影響，應(yīng)注意從以下兩個方面加強對上述電路失效的預(yù)防和控制。首先，針對國產(chǎn)二次集成電路連接元器件，在廠家供貨前需要加強對出廠元器件產(chǎn)品的篩選測試，并且篩選測試嚴格按照國家有關(guān)元器件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實施;其次，二次集成電路連接元器件使用單位進行裝配使用前，需要對購置元器件進行再次篩選測試，及時對失效元器件產(chǎn)品進行發(fā)現(xiàn)，避免造成電路失效。

3 結(jié)語

總之，進行國產(chǎn)二次集成電路主要失效模式研究，在對國產(chǎn)二次集成電路的主要失效模式及特征進行把握基礎(chǔ)上，能夠結(jié)合電路設(shè)計與實際應(yīng)用情況，進行相應(yīng)的問題分析和預(yù)防控制，從而促進其在各行業(yè)中推廣應(yīng)用。

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