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(jìn)行總結(jié)分析，以為相關(guān)實(shí)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(qiáng)等特征優(yōu)勢，在各類電子產(chǎn)品生產(chǎn)與制造中設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用篩選過程以及進(jìn)行電路可靠性試驗(yàn)階段，或者是進(jìn)行制造產(chǎn)品的安裝、調(diào)試以及設(shè)備運(yùn)行試驗(yàn)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(jì)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(jì)中對電路參數(shù)選擇不合理，或者是對功率芯片熱設(shè)計(jì)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(jìn)行篩選，對內(nèi)部存在缺陷或參數(shù)漂移過大情況電路進(jìn)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(yàn)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(jì)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(yàn)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(jì)或生產(chǎn)過程中，因設(shè)計(jì)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(yàn)過程中出現(xiàn)失效情況。同時(shí)，二次集成電路設(shè)計(jì)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(jì)與生產(chǎn)中，因無源元件或?qū)У鹊脑O(shè)計(jì)、生產(chǎn)等問題造成的失效模式中，以無源元件設(shè)計(jì)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(jì)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(yán)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(jì)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(jì)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(jì)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(yùn)輸、存貯以及測試、安裝焊接、設(shè)備調(diào)試等各個(gè)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(jìn)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(jìn)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(shí)際設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致控制子板斷電保護(hù)觸發(fā)發(fā)生電路失效。經(jīng)對失效電路進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)LT35063A輸入電壓在從16V降至10V時(shí)，輸出電壓升高至40V至50V之間，而LT35063A輸入電壓由10V降至5V時(shí)，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(shí)，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(dá)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(shí)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(jìn)行拆機(jī)更換后顯示其故障情況仍無法消除，在此基礎(chǔ)上對拆機(jī)LT35063A進(jìn)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(rèn)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(jì)進(jìn)行選擇設(shè)置，同時(shí)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(jìn)行拆機(jī)測試后，最終顯示為1N5819二極管參數(shù)與設(shè)計(jì)要求不符合，因此，在更換1N5819二極管后進(jìn)行控制子板重新測試顯示失效電路正常工作，同時(shí)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?yàn)楣┴洀S商進(jìn)行供貨前未及時(shí)將失效產(chǎn)品進(jìn)行篩除，再加上控制子板裝配環(huán)節(jié)使用單位未及時(shí)進(jìn)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(gè)方面加強(qiáng)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(qiáng)對出廠元器件產(chǎn)品的篩選測試，并且篩選測試嚴(yán)格按照國家有關(guān)元器件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實(shí)施;其次，二次集成電路連接元器件使用單位進(jìn)行裝配使用前，需要對購置元器件進(jìn)行再次篩選測試，及時(shí)對失效元器件產(chǎn)品進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，避免造成電路失效。

3 結(jié)語

總之，進(jìn)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(jìn)行把握基礎(chǔ)上，能夠結(jié)合電路設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行相應(yīng)的問題分析和預(yù)防控制，從而促進(jìn)其在各行業(yè)中推廣應(yīng)用。

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