芯片失效的瞬間:不一樣的煙火也很美

芯片失效問題一直困擾著很多設計者,因為那意味著某些錯誤的發生,甚至是前期很多工作的徹底失敗,所以總是讓人感覺很無奈,不過有時候我們似乎可以換一個角度去看待這件事,畢竟世上每種現象都有著獨特的值得關注的地方,同樣芯片的失效瞬間也值得細細品味。

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我這麼說不只是從直觀的角度上看待失效過程,而是要從中積累一些經驗,以便後續的過程中避免這樣的事件發生。有一句話我一直作為設計的準則:透過現象看本質,我們先來看一下每種芯片,每種器件的失效現象:

功率器件的失效

這種芯片一般位於電路板比較獨立的位置,考慮到散熱情況,它們通常都被放到通風條件比較好或者是電路板的邊緣,有時需要加額外的散熱片或者散熱風扇來降溫,這種器件也比較好識別,樣子通常是傻大粗類型,正常條件下,要損壞它們是很難的,因為設計指標中功率一般都很大,常見的失效情況包括外力撞擊導致的引腳、封裝破裂,或者大電流持續工作之後的燒燬,爆炸。失效的過程大都比較劇烈,能量很大,我在環境實驗過程中見過很多次,高溫高溼,電壓上限工作條件下非常容易出現,這個實驗過程本身就是為了考驗芯片的極限性能。

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普通二三極管失效

在電路板上,二三極管元器件通常都比較分散,多數作為輸入、輸出信號保護、防反接保護等等一些很普通的應用,它們的損壞往往和信號的輸入超限、被保護器件的短路、靜電的損傷有關,失效時的現象差別也很大,有時候很劇烈,有時候外表基本上看不到任何現象,甚至我們只能用萬用表判定它們的故障,調試人員往往發現周邊的芯片損壞才去注意它們。


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高密度集成芯片失效

這個失效過程是最為複雜的,對於集成芯片來說,它們通常具有很多的功能,可以和外圍很多的設備或者芯片相連,功能多有些時候意味著出現故障的點也會很多,所以判定失效原因的時候需要按照功能一步一步地分析,它們的失效現象也很繁多,最典型的是芯片擊穿,所謂擊穿就是芯片引腳對地短路,永久性的損傷,還有就是徹底燒燬,初期的時候芯片會發熱,進而導致封裝爆裂,冒煙,根據內部材質的不同你可能會見到冒煙、特別耀眼的小火光、也有可能瞬間爆炸,四處飛濺,所以調試工作往往也會存在風險,提醒大家注意安全。


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上面說的都是一些基本的現象,我們接下來談談如何在早期發現這些問題,從而避免失效的發生,首先,在我看來最最重要的還是要細心,每個設計過程都要按照規範一步步地完成,在設計的過程中預先安排對應的檢查,從設計的源頭控制潛在失效的發生,這也是最省錢的辦法。


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設計階段結束之後通常會加工樣品,樣品的焊接過程中需要嚴格的按照絲印的方向操作,有很多的失效情況就是由於焊接極性的錯誤造成的,比如二極管焊反,芯片1腳位置翻轉,這些錯誤如果留到後續調試階段會出現不可挽回的錯誤,所以一定要認真對待。


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接下來進入到調試階段,所有的設計和加工質量在這個過程中展露無遺。調試的過程需要注意的方面主要有上電的順序、功能模塊外接引線的線序,方向都要嚴格檢查,最好在調試的剛開始階段目測一下電路板上的器件是否有焊接錯誤、焊接不良的現象,提前發現,避免問題的發生。


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總體來說,芯片失效問題的出現也在很大程度上促進了設計的規範性,俗話說失敗是成功之母,很多的好的經驗也來源於這一過程,所以當發生這樣的事件時我們更應該以一種學習的態度去面對它,吸收新的知識。


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