手操器主芯片功能紊亂失效研究

作者：陳明軒，楊守武，張秀鳳，萬家劉

0 前言

在我們使用主芯片的過程中，往往測試會出現各種異常，主要為過電損傷、金線綁定異常、廠家篩選程序異常以及設計程序不完善等問題。過電損傷、金線綁定問題比較容易分析，廠家篩選程序漏洞通過反查也比較容易識別及整改，設計程序不完善問題相對比較難分析，特別是不容易復現的故障，往往就與程序設計有關，本文主要講述程序運算設計不完善導致的功能紊亂的分析過程、分析思路及整改。

1 背景

2019 年，控制器廠在生產手操器時，測試出現13單功能紊亂異常，按模式鍵實際顯示是其它鍵的功能，分析未發(fā)現裝配異常，主芯片未發(fā)現損傷，金線綁定無異常，化學開封未發(fā)現過電現象，分析與軟件有關，需要深入分析研究。

2 主芯片按鍵功能觸發(fā)檢測AD值的檢測邏輯

主芯片的功能就是通過檢測，發(fā)出指令。

主芯片檢測AD 值V 檢－ V 基＞ V 閥，即可觸發(fā)按鍵指令。當V 檢值＞ 65 535 時，會持續(xù)觸發(fā)按鍵指令。此主芯片采集的AD 值計算方式以40 次累計值進行計算。

3 主芯片AD值檢測影響因素

① AD 值檢測結果= 外部環(huán)境電容因素+ 設計硬件電容因素+ 主芯片本身電容因素+ 手指觸摸電容因素。

②失效模式確認：實際測量故障件的V 實檢值為69 000，大于V 檢65 535，故此次手操器按鍵功能錯亂的失效模式為主芯片檢測AD 值偏大，按鍵持續(xù)觸發(fā)導致在某一個按鍵中持續(xù)響應，此時其他按鍵均響應失效的按鍵。

4 驗證數據分析

①主芯片內部參數影響

隨機抽取16 個樣件驗證主芯片AD 值對比差異，主芯片內部影響因素的AD 值差異的最大值為14 200，樣件中最大值與最小值進行互換主芯片，經過確認主芯片檢測的AD 值跟隨主芯片走，說明主芯片內部AD 值存在較大差異性。此點經過技術交流后，沒有確定的參考范圍。具體實驗數據如表1。

小結：互換后主芯片采樣值跟隨主芯片走。

②外部環(huán)境因素影響：

各抽取16 件樣件進行驗證分析，其中記號筆油墨對主芯片檢測的AD 值影響范圍為200~600，標簽不干膠+ 記號筆油墨對主芯片檢測的AD 值影響范圍為1 000~1 400，老化后對主芯片檢測的AD 值影響范圍為0~600，外部環(huán)境影響AD 值檢測差異在2 000 以內。

表1 手操器按鍵AD值采樣數據

③其他方面驗證數據：

家用抽機抽取樣件20 件（無記號筆油墨和標簽），主芯片檢測AD 最大值為58 000，最小值＜ 48 000（安全值），說明家用生產的制品同樣存在主芯片內部參數的影響。手指觸摸對主芯片采集AD 值的影響同步安排10 人進行驗證，檢測AD 值范圍為4 000±500。對商用生產同批次樣件進行清記號筆油墨和不干膠，清洗后主芯片采集的AD 值下降12 000，表面殘留的記號筆油墨和不干膠的混合成分對主芯片采樣的AD 值也有較大影響。驗證由記號筆油墨涂抹＋標簽下涂抹金屬粉的狀態(tài)下，主芯片采集的AD 值上升2 000，說明表面的混合成分存在一定的影響。

5 外界環(huán)境影響因素檢測分析

①記號筆油墨成分含有金屬成分，其中鐵含量5%，其他可以忽略不計；

②標簽不干膠的導電離子含量為0；

③生產線使用的EVA 托盤碳元素含量為0；

④故障件油墨使用EDX 掃描結果未含金屬成分。

6 原因鎖定

此次異常的失效機理主要由主芯片內部參數差異的主要原因和外部環(huán)境影響的次要原因組成的綜合因素導致（如圖1）。

圖1 主芯片檢測AD值影響范圍模擬圖

①軟件方面原因：算法是基于10 位AD 的，AD 采樣值累加40 次的變量是16 位的，而芯片內部AD 是12位AD，當AD 采樣值偏大，累加40 次會造成溢出。

②外部環(huán)境原因：生產過程使用記號油性筆中含有金屬離子影響電容型觸摸按鍵線路寄生電容。

7 制定整改方案

①需要在觸摸算法軟件上予以解決。此芯片的內部電容的典型值為25 pF；但是，由于制造公差的緣故，該典型值可能有最多20% 的變化，考慮到Cbase 的公差可能有最多20% 的變化，即總公差可能有最多40%的變化。累加值和閥值除以2（相當于11 位AD），完全可以解決電容值公差±40% 的情況，所以在軟件上修改累加值和閥值除以2 即可。

②規(guī)范控制器生產過程標簽粘貼、劃線的通知，對于油性筆、油漆筆、水性筆等輔助劃線工具嚴禁在產品線路、器件上隨意涂畫，尤其是觸摸采樣線路、運放采用線路、晶振線路、高頻線路嚴禁劃線；對于編碼標簽、防錯標簽、型號標簽、訂單標簽、PASS、外觀標簽等嚴格按照工藝文件要求執(zhí)行，貼在主板空白處。

8 整改效果跟蹤

通過程序上算法的優(yōu)化可以徹底解決采樣的AD 值偏大的問題，解決外部因素以及主芯片本身的制作差異，同時規(guī)范廠內生產過程標簽粘貼和劃線完全解決外部因素的影響，以上可以解決本次發(fā)生的質量問題，整改后未再出現此類問題，整改有效。

9 結語

芯片異常一般為ESD、EOS 導致較多，這種問題往往會將芯片的I/O 口或VCC 擊穿，造成測試阻抗小、PN 結值小，當測試未發(fā)現值小時，就要考慮到各方面的因素，以及是否存在程序運算問題，此類的問題需要考慮各種外部因素的影響（包括溫度等影響），綜合分析，才能找到問題根源進行解決。
責任編輯:tzh