一種檢測失效現象分析

北京振興計量測試研究所 溫恒娟 陳 覃 李驥堯 李文周

1 引言

測試MICROSEMI公司生產的脈寬調制器SG1525時，發現一只SG1525器件出現參數失效現象，該失效模式表現為A、B兩路輸出高電壓參數測試值為0V，SYNC管腳的閾值電壓測試值為0V，其他參數測試時均無異常。對該失效器件，查找失效原因并將失效器件送其他檢測機構進行比對測試，但測試結果合格。針對該現象，開展分析研究。

2 測試結果分析

脈寬調制器SG1525的內部包括5V穩壓器、誤差放大器、電壓比較器、電流限制放大器、振蕩器、觸發器、兩個或非門、兩只輸出驅動管以及一只關閉用晶體管。根據器件datasheet資料，需要檢測參數多達30余個，在測試時通常將器件的各功能模塊分成相對獨立的多個單元單獨測試。采用北京華峰測控技術股份有限公司混合集成電路檢測系統STS 8205進行檢測。

從器件測試參數分析，測試程序中需測試器件輸出頻率的基準值、最大值和最小值，測試的方法是將器件輸出端接入測試設備的QTMU時間測量單元，由測量單元測量器件輸出的高低電平方波頻率所得。測試時失效器件這幾項參數的測試結果均合格，因此，判斷該器件的輸出端能正常輸出高低電平，再用示波器檢測輸出端，輸出電壓高電壓為10V，驗證判斷正確。

根據器件手冊定義，輸出方波的電壓值由外部供電電平高低確定，在測試輸出頻率的基準值、最大值和最小值時外部輸出供電電平是按照10V提供。將外部輸出供電電平都按測試輸出高電平條件20V提供，在測試這三項參數時從示波器檢測均能輸出大于18V的方波。因此，失效器件輸出高電平無輸出與外部供電的電壓高低無直接關系。

輸出頻率基準值、最大值和最小值測試時，輸出端為恒流測壓模式，恒流為0A。將輸出端恒流改為高電平測試時的測試條件20mA與100mA，檢測三項參數，由示波器觀察輸出高電平依然正常，因此失效器件輸出端拉負載不會造成器件高電平無輸出。

3 測試原理分析

脈寬調制器SG1525的輸出頻率基準值、最大值和最小值與器件失效的三個參數（A、B兩路輸出高電壓和SYNC管腳的閾值電壓）屬于同類型測試參數，均屬于對器件內置各功能模塊運用較多的測試情況，測試參數均是器件輸出端的電平情況的體現，而其它參數為各功能模塊性能的獨立測試，且測試時不需器件完成輸出，因此將這6項參數放在一起分析。

從測試程序的底程序分析，在測試輸出頻率的基準值、最大值和最小值時也屬于同類型參數，在測試板子上通過線路將5腳Ct腳與7腳Discharge腳進行短接，再由繼電器切換改變器件5腳Ct腳和6腳Rt腳的外部繼電器與不同大小的電容與電阻的匹配從而形成測試的外部電路。Ct、Rt的外接電容與電阻大小匹配變化，從而改變器件內部振蕩器的頻率再通過內部PWM影響輸出端的頻率，如圖1所示。在測試失效參數時Ct與Rt腳均懸空未連接外部電阻電容，而器件的3腳SYNC腳接外部VI源，由外部VI源對SYNC腳提供電平脈沖信號如圖2所示，并在輸出端檢測輸出電平高低，若檢測為高則拉負載檢測高電平數值。

圖1 外接振蕩電容電阻電路

圖2 失效參數測試電路

圖3 SG1525功能結構圖一

圖4 SG1525功能結構圖二

從SG1525功能結構圖3、4分析，器件輸出的電壓由PWM比較器比較Ct腳與COMP腳的的電壓所得。再根據資料的內部振蕩電路所示，可能影響Ct腳電壓的管腳有第16管腳Vref腳、第6管腳Rt腳、第3管腳SYNC腳以及在電路板中與Ct腳短接的第7腳Discharge腳。

對比正常器件與失效器件，在測試Voh參數時，用示波器監測Vref、Rt、SYNC和Ct（Discharge）的電壓值，如表1所示。

表1 對比正常器件與失效器件不同管腳的電壓值

由表1看出，失效器件的Ct（Discharge）管腳的電壓異常，與正常電壓1.2V相比50mV的電壓基本等效于被接地，無法達到PWM比較器的比較最低電壓，因此造成了器件輸出高輸出失效。

將5腳Ct腳與7腳Discharge腳的短接斷開后，再給器件上電測量Ct腳與Discharge腳的電壓值，結果如表2所示：

表2 器件5腳與7腳開路后的電壓值

示波器檢測結果，合格與失效器件的Ct腳和dicharge腳的電壓基本一致。運行測試程序測試輸出高，合格與失效器件的輸出均合格，失效器件的輸出恢復正常。再將Ct腳和dicharge腳短接，合格器件輸出正常而失效器件的輸出再次失效。

合格與失效器件在Ct腳懸空時測試結果均合格，而失效器件在與Discharge腳短接后，Ct腳電壓被拉低至接近0V，因此判斷失效器件7管腳Discharge腳可能存在問題。

4 器件測試參數失效定位

SG1525的7管腳Discharge腳是器件的放電腳，是器件振蕩器的放電端，并可用于外接電阻調節器件的死區時間。

從結構上看，Discharge腳與地之間由多個晶體管、電容、電阻組成，如圖5所示。

圖5 Discharge腳與之間結構圖

相對而言這些組成器件中，電容最可能產生損壞，因此用萬用表的歐姆檔自動量程，測試7管腳與4管腳間的電阻值，如表3所示。

表3 器件7管腳與4管腳間的阻值

從數值上看，失效器件7管腳內集成的5pF電容，已經呈阻性，存在一定數值的漏電電阻。因此造成了5、7腳短接后，從而出現5腳電壓被拉低的現象。

因無法確定是否是測試時所引入的損壞，所以在對后續送篩的600多支SG1525器件在測試前，先用萬用表對7、4管腳的電阻進行測量。結果發現3只器件的阻抗呈現與之前相似的情況，測試值為0.14MΩ。將阻抗正常的器件進行電測試，參數全部正常未出現輸出高失效的情況。將阻抗下降的器件進行電測試，結果與之前失效器件的失效參數一致，電測試后在對其7、4腳見的阻抗復測仍為0.14MΩ，未出現變化。

因此可確定，SG1525的7管腳的失效損傷是器件自身存在的缺陷，不是由測試時引入的。

5 與其他測試機構的比對分析

將測試時失效的器件送到其他檢測機構進行電參數測試，結果為參數測試合格。在查看測試數據，并與其技術人員溝通后，得知我們與其他檢測機構的測試方法存在一些差異，如表4所示。

表4 機構間關于SG1525失效參數測試方法的差異

其他檢測機構在測試失效參數時所用的外部電路與筆者測試器件輸出頻率的基準值、最大值和最小值的電路基本一致。之前試驗中已驗證，在此電路模式下筆者測試的輸出高也正常，而其他檢測機構在此電路模式下的輸出高低占空比的高電平測試值時采用隨機采樣，取值時若為低則繼續采樣，若為高則讀取高電平電壓值。

因此，其他檢測機構采用的測試方法測試時未能發現筆者測試出現的失效情況。

6 結束語

對于SG1525出現失效情況，通過對比我們的測試方法、電路和其他檢測機構的測試方法、電路，差異在于測試時是否由外部的SYNC提供脈沖信號驅動PWM或者由外部電阻電容控制振蕩頻率。失效器件在有外部電阻電容時器件電參數正常，在用SYNC驅動時若Ct、Rt短接則輸出高失效，若不短接則輸出高正常。

器件的失效原因是由于器件7腳Discharge腳內部5pF電容呈阻性所引發，并且為器件出廠后自身存在的缺陷。在用外部電阻電容控制振蕩器應用或此方法測試電參數時，此失效不易顯現出來，但內部電容缺陷存在的隱患會降低產品的可靠性。SG1525多應用于電源設計中，若存在隱患的器件在長期使用中一旦出現問題，所造成的損失將難以估量。

隨后對送篩的多批次MICROSEMI公司生產的脈寬調制器SG1525檢測表明上述失效現象普遍存在，因此建議，在后續MICROSEMI公司生產的SG1525測試前，先對器件管腳7與管腳4的阻抗進行測量，將阻抗失效的器件剔除保證產品的可靠性。

引文

①MICROSEMI公司.SG1525產品手冊[S].

②北京華峰測控技術股份有限公司.混合集成電路檢測系統STS 8205產品手冊[S].