IC故障排除和故障分析
發(fā)布日期:2023-11-01
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IC 的故障分析需要快速、正確的響應(yīng)，因為當(dāng)然，幫助客戶是我們的主要關(guān)注點。但我們是否應(yīng)該期望質(zhì)量保證 (QA) 部門在故障分析 (FA) 期間測試所有條件下的每個參數(shù)？一點都不。其中太多是猜測。這可能會讓一些人感到驚訝，但 QA 人員沒有水晶球，也不會讀心術(shù)。只有當(dāng)客戶提供有關(guān) IC 故障的準(zhǔn)確技術(shù)信息時，才能及時有效地進(jìn)行 IC 故障排除。
摘要：在對復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行故障排除時，知識至關(guān)重要。我們希望并且需要了解與該問題相關(guān)的所有信息，包括正確的 IC 修訂號、在哪里可以找到相關(guān)參考資料，以及誰真正知道客戶現(xiàn)場發(fā)生了什么。IC 的故障分析需要快速、正確的響應(yīng)，因為當(dāng)然，幫助客戶是我們的主要關(guān)注點。但我們是否應(yīng)該期望質(zhì)量保證 (QA) 部門在故障分析 (FA) 期間測試所有條件下的每個參數(shù)？一點都不。其中太多是猜測。這可能會讓一些人感到驚訝，但 QA 人員沒有水晶球，也不會讀心術(shù)。只有當(dāng)客戶提供有關(guān) IC 故障的準(zhǔn)確技術(shù)信息時，才能及時有效地進(jìn)行 IC 故障排除。
IC 的故障分析——可能會浪費時間
我們經(jīng)常聽到“感知就是現(xiàn)實”。當(dāng) IC 出現(xiàn)故障，或者客戶認(rèn)為它出現(xiàn)故障時，我們必須通過故障分析 (FA) 進(jìn)行響應(yīng)。為了有效地做到這一點，我們必須獲得有關(guān)該事件的準(zhǔn)確、相關(guān)的信息。這是避免猜測的方法。
讓我講一個不久前發(fā)生的事件。有一部分因失敗而被退回，除此之外我們一無所知。我們在自動測試設(shè)備 (ATE) 上運行它，并對零件進(jìn)行臺架測試、X 射線檢查和開蓋。我們在電子顯微鏡下用軟電子淹沒它，以尋找表明損壞的發(fā)射位點。我們使用液晶涂層測量了它的溫度。這部分很完美。我們沒有找到失敗的原因，所以 QA 部門在 FA 中準(zhǔn)確地說了這一點。我們想知道，為什么零件會被視為失敗而退回？
大約兩個月后，我們幾乎偶然了解到，客戶僅在零件加熱到 +60°C 以上時才會出現(xiàn)此故障。我們又開始了FA。我們在室溫 (+25°C) 下測試了該部件，結(jié)果……什么也沒發(fā)現(xiàn)。該部件不再起作用，因為它在測試過程中被損壞。歸根結(jié)底，這是性的回歸活動；它沒有再發(fā)生。但在這一集中我們學(xué)到了一些更重要的東西：如果沒有關(guān)鍵的性能（即故障）數(shù)據(jù)，我們就會盲目猜測。我們白白浪費了相當(dāng)多的時間和金錢。（有關(guān)古董車、接地問題和另一個失敗的 IC 的另一個更個人的故事，請參閱附錄 —《Homefront》中的 IC 故障分析。）
QA 中的詳盡練習(xí)徒勞無功
很多時候，失效的 IC 損壞嚴(yán)重，以至于無法確定損壞的根源。一位客戶將組裝承包商的一塊電路板帶回了他們的實驗室設(shè)施。他們在那里將 IC 從板上拆下，并聲稱 IC 出現(xiàn)故障。很可能。客戶得出結(jié)論：“根本原因”在于 IC 本身。他們想要 FA，但是故障數(shù)據(jù)在哪里？當(dāng)時的情況是否被仔細(xì)記錄？什么可以防止未來的失敗？我們又回到了猜測，而不是事實核查——這幾乎不是有意義的 FA 的處方。
在這種情況下，客戶將注意力集中在多輸出設(shè)備的三個引腳上。這是我們所知道的：該零件使晶圓廠的運行確定性為數(shù)十億分之一；它在電路中運行了幾個小時才失效。是嬰兒故障還是外部處理損壞？它是否在客戶的電路中？在應(yīng)用環(huán)境中？工廠的靜電放電 (ESD) 是否會削弱電路，導(dǎo)致后來出現(xiàn)故障？也許是運輸人員忽視了 ESD 協(xié)議造成的損壞？可能的因素似乎無窮無盡。
從客戶那里收到的個部分原理圖并沒有多大幫助。它既不顯示是什么驅(qū)動了故障部件，也不顯示該部件需要驅(qū)動什么。當(dāng)?shù)?FAE 被要求檢查地面。地面是否正確分開？從示意圖中你無法看出。我們收到了更多原理圖，但現(xiàn)在的問題多于答案。為什么客戶只檢查了眾多輸出中的三個？設(shè)備的任何輸入或輸出引腳是否以低阻抗連接到電路板引腳？電源和接地是否算作低阻抗連接？電路板引腳上的 ESD 可能是問題所在嗎？我們還在猜測。
有效的故障分析——對犯罪現(xiàn)場進(jìn)行故障排除
現(xiàn)在我們問，“從一開始就使用正確的信息可以完成什么？” 期望 QA 在所有條件下詳盡地測試每個參數(shù)是否合理，特別是當(dāng)我們對故障一無所知時？不可以。我們只能幫助客戶了解 IC 發(fā)生故障的原因，并且只能在充分了解應(yīng)用的情況下進(jìn)行糾正。
誠然，這種做法與那些認(rèn)為 FA 應(yīng)該立即執(zhí)行的人相沖突。我聽說“FA 永遠(yuǎn)是要做的件事。在查看 IC 的應(yīng)用電路之前，應(yīng)該先查看 IC 的內(nèi)部部件。” 我不明白這個想法的起源，我也不同意。FA并不是首要任務(wù)。相反，調(diào)查“犯罪現(xiàn)場”，即失敗事件，是步。
故障位置的信息至關(guān)重要，就像警方調(diào)查人員一樣，我們應(yīng)該竭盡全力保存現(xiàn)場數(shù)據(jù)。首先要調(diào)查IC的應(yīng)用電路，即哪里出現(xiàn)故障。像焊料飛濺這樣的簡單問題可能就是答案的關(guān)鍵。IC 可能部分運行，但并未完全失效。事實上，移除 IC 可能會掩蓋真正的問題。
對于一個有效的FA，我們需要檢查客戶的原理圖并收集失敗的所有情況和原因。是的，這個程序很可能會遇到客戶的保密問題。這是一個普遍的擔(dān)憂，這就是為什么有保密協(xié)議 (NDAs)。這也是 FAE 充當(dāng)世界各地工廠的眼睛和耳朵的情況。FAE 可以進(jìn)入客戶的設(shè)施并評估原理圖、布局和應(yīng)用的其他條件。為了保護(hù)客戶機密，F(xiàn)AE 只需向 QA 發(fā)送客戶設(shè)計原理圖的相關(guān)部分?，F(xiàn)在，質(zhì)量檢查終將使用可靠的故障數(shù)據(jù)。
成功的結(jié)果
回到我們的故事。當(dāng)?shù)?FAE 就該故障問題與客戶進(jìn)行了更密切的合作。有了更多原理圖，以下是我們所看到的。運算放大器連接到輸出引腳，但由于有 10kΩ 串聯(lián)電阻，因此影響不大。通過使用一個公共接地，而不是在一個星形點連接單獨的接地，一個電源上的噪聲將通過去耦電容器直接耦合到其他電源。的去耦電容為 0.1μF。典型的表面貼裝 0.1μF 電容器在大約 15MHz 時自諧振；高于該頻率，它們是電感器，不再充當(dāng)電容器。
這有兩個教訓(xùn)。首先，去耦電容器是雙向的。如果將一個有噪聲的電源耦合到一個安靜的電源，噪聲就會污染該安靜的電源。其次，噪聲接地也會發(fā)生同樣的情況：噪聲會污染安靜的電源。嘈雜的電源需要與嘈雜的地面配對，干凈或安靜的電源必須與干凈的電源配對。交叉污染會損害電源和接地。高于電容器的自諧振頻率，它會變成電感性的，也就是說，它不會傳導(dǎo)或衰減高頻能量。
結(jié)論
因此，我們繞了一圈，重復(fù)開場白：在排除 IC 故障時，知識才是王道。從調(diào)查一開始，沒有人比與客戶并肩檢查問題的當(dāng)?shù)?FAE 更有價值。FAE 必須仔細(xì)檢查整個系統(tǒng)、電路板布局、原理圖和應(yīng)用，然后將數(shù)據(jù)傳回 QA。只有準(zhǔn)確、詳細(xì)的事件數(shù)據(jù)才能解決 IC 故障問題。如果沒有這些數(shù)據(jù)，質(zhì)量檢查就被迫猜測“犯罪現(xiàn)場”。
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