芯片失效的瞬间:不一样的烟火也很美

芯片失效问题一直困扰着很多设计者,因为那意味着某些错误的发生,甚至是前期很多工作的彻底失败,所以总是让人感觉很无奈,不过有时候我们似乎可以换一个角度去看待这件事,毕竟世上每种现象都有着独特的值得关注的地方,同样芯片的失效瞬间也值得细细品味。

芯片失效的瞬间:不一样的烟火也很美

我这么说不只是从直观的角度上看待失效过程,而是要从中积累一些经验,以便后续的过程中避免这样的事件发生。有一句话我一直作为设计的准则:透过现象看本质,我们先来看一下每种芯片,每种器件的失效现象:

功率器件的失效

这种芯片一般位于电路板比较独立的位置,考虑到散热情况,它们通常都被放到通风条件比较好或者是电路板的边缘,有时需要加额外的散热片或者散热风扇来降温,这种器件也比较好识别,样子通常是傻大粗类型,正常条件下,要损坏它们是很难的,因为设计指标中功率一般都很大,常见的失效情况包括外力撞击导致的引脚、封装破裂,或者大电流持续工作之后的烧毁,爆炸。失效的过程大都比较剧烈,能量很大,我在环境实验过程中见过很多次,高温高湿,电压上限工作条件下非常容易出现,这个实验过程本身就是为了考验芯片的极限性能。

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普通二三极管失效

在电路板上,二三极管元器件通常都比较分散,多数作为输入、输出信号保护、防反接保护等等一些很普通的应用,它们的损坏往往和信号的输入超限、被保护器件的短路、静电的损伤有关,失效时的现象差别也很大,有时候很剧烈,有时候外表基本上看不到任何现象,甚至我们只能用万用表判定它们的故障,调试人员往往发现周边的芯片损坏才去注意它们。


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高密度集成芯片失效

这个失效过程是最为复杂的,对于集成芯片来说,它们通常具有很多的功能,可以和外围很多的设备或者芯片相连,功能多有些时候意味着出现故障的点也会很多,所以判定失效原因的时候需要按照功能一步一步地分析,它们的失效现象也很繁多,最典型的是芯片击穿,所谓击穿就是芯片引脚对地短路,永久性的损伤,还有就是彻底烧毁,初期的时候芯片会发热,进而导致封装爆裂,冒烟,根据内部材质的不同你可能会见到冒烟、特别耀眼的小火光、也有可能瞬间爆炸,四处飞溅,所以调试工作往往也会存在风险,提醒大家注意安全。


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上面说的都是一些基本的现象,我们接下来谈谈如何在早期发现这些问题,从而避免失效的发生,首先,在我看来最最重要的还是要细心,每个设计过程都要按照规范一步步地完成,在设计的过程中预先安排对应的检查,从设计的源头控制潜在失效的发生,这也是最省钱的办法。


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设计阶段结束之后通常会加工样品,样品的焊接过程中需要严格的按照丝印的方向操作,有很多的失效情况就是由于焊接极性的错误造成的,比如二极管焊反,芯片1脚位置翻转,这些错误如果留到后续调试阶段会出现不可挽回的错误,所以一定要认真对待。


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接下来进入到调试阶段,所有的设计和加工质量在这个过程中展露无遗。调试的过程需要注意的方面主要有上电的顺序、功能模块外接引线的线序,方向都要严格检查,最好在调试的刚开始阶段目测一下电路板上的器件是否有焊接错误、焊接不良的现象,提前发现,避免问题的发生。


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总体来说,芯片失效问题的出现也在很大程度上促进了设计的规范性,俗话说失败是成功之母,很多的好的经验也来源于这一过程,所以当发生这样的事件时我们更应该以一种学习的态度去面对它,吸收新的知识。


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