IC故障排除和故障分析：查找事實(shí)并避免猜測(cè)

在對(duì)復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行故障排除時(shí)，知識(shí)為王。我們希望并且需要了解與問題相關(guān)的所有信息，包括正確的IC修訂號(hào)，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(chǎng)發(fā)生了什么。IC的故障分析需要快速和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，因?yàn)楫?dāng)然，幫助客戶是我們的主要關(guān)注點(diǎn)。但是，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(cè)試所有條件下的每個(gè)參數(shù)？不，一點(diǎn)也不。其中太多是猜測(cè)。這可能會(huì)讓一些人感到驚訝，但QA人沒有水晶球，也不會(huì)讀心術(shù)。只有當(dāng)客戶能夠獲得有關(guān)IC故障的精確技術(shù)信息時(shí)，才能及時(shí)有效地進(jìn)行IC故障排除。

IC 的故障分析——可能會(huì)浪費(fèi)時(shí)間

我們經(jīng)常聽到，“感知就是現(xiàn)實(shí)”。當(dāng)IC發(fā)生故障，或者客戶認(rèn)為它發(fā)生故障時(shí)，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(diǎn)，我們必須掌握有關(guān)事件的準(zhǔn)確、相關(guān)的信息。這是避免猜測(cè)的唯一方法。

讓我談?wù)劜痪们鞍l(fā)生的一件事。一個(gè)零件作為故障返回，我們一無所知。我們?cè)谧詣?dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）上運(yùn)行它，并對(duì)零件進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，X射線和開蓋。我們?cè)?a target="_blank">電子顯微鏡中用軟電子淹沒它，以尋找指示損壞的發(fā)射位點(diǎn)。我們使用液晶涂層測(cè)量其溫度。部分很完美。我們沒有發(fā)現(xiàn)失敗的原因，所以QA部門在FA報(bào)告中準(zhǔn)確地說了這一點(diǎn)。我們想知道，為什么返回的部件為失?。?/p>

大約兩個(gè)月后，我們幾乎是偶然地了解到，只有當(dāng)零件加熱到+60°C以上時(shí)，客戶才會(huì)遇到這種故障。 我們?cè)俅伍_始了足協(xié)。我們?cè)谑覝兀?25°C）下測(cè)試了該部件，發(fā)現(xiàn)...無。該部件不再起作用，因?yàn)樗跍y(cè)試過程中被破壞了。最終，這是一次性的返回事件;它沒有再次發(fā)生。但在這一集中學(xué)到了一些更重要的東西：沒有關(guān)鍵的性能（即失敗）數(shù)據(jù)，我們就是盲目和猜測(cè)。我們白白浪費(fèi)了大量的時(shí)間和金錢。（請(qǐng)參閱附錄 - 家庭前線的IC故障分析，了解古董車，接地問題和另一個(gè)故障IC的另一個(gè)更個(gè)人的故事。

質(zhì)量保證徒勞的詳盡練習(xí)

很多時(shí)候，故障IC損壞嚴(yán)重，無法確定損壞的原因。一位客戶從裝配承包商那里拿了一塊板子回到他們的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。在那里，他們從電路板上取下了 IC，并聲稱 IC 出現(xiàn)故障。大半。客戶得出的結(jié)論是：IC本身的“根本原因”。他們想要一個(gè) FA，但故障數(shù)據(jù)在哪里？情況是否被仔細(xì)記錄？什么可以防止未來的失??？我們又回到了猜測(cè)，而不是事實(shí)核查——這幾乎不是有意義的FA的處方。

在本例中，客戶專注于多輸出器件的三個(gè)引腳。以下是我們所知道的：該部分使晶圓廠以數(shù)十億分之幾的確定性運(yùn)行;它在電路中運(yùn)行了幾個(gè)小時(shí)才發(fā)生故障。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)用程序環(huán)境中？工廠的靜電放電（ESD）是否削弱了電路，導(dǎo)致以后出現(xiàn)故障？也許是忽略ESD協(xié)議的運(yùn)輸職員造成的損壞？可能的因素清單似乎無窮無盡。

從客戶那里收到的第一個(gè)部分原理圖不是很有幫助。它既沒有顯示是什么驅(qū)動(dòng)了故障部件，也沒有顯示部件需要驅(qū)動(dòng)什么。當(dāng)?shù)谾AE被要求檢查地面。場(chǎng)地分開是否正確？你無法從原理圖中分辨出來。我們收到了更多的原理圖，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(gè)？器件的任何輸入或輸出引腳是否以低阻抗連接到電路板引腳？電源和接地算作低阻抗連接嗎？電路板引腳上的ESD可能是問題所在嗎？我們還在猜測(cè)。

有效的故障分析 — 對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試每個(gè)參數(shù)是否合理，尤其是當(dāng)我們對(duì)故障一無所知時(shí)？不。我們只能幫助客戶了解IC失敗的原因，并且只有在充分了解應(yīng)用的情況下才能糾正它。

誠(chéng)然，這種方法與那些認(rèn)為應(yīng)該毫不拖延地執(zhí)行FA的人相沖突。我聽說“FA永遠(yuǎn)是要做的第一件事。在查看應(yīng)用電路中的IC之前，應(yīng)先查看IC的內(nèi)部部件。我不明白這個(gè)想法是從哪里來的，我不同意。足協(xié)不是首要任務(wù)。相反，調(diào)查“犯罪現(xiàn)場(chǎng)”，即失敗事件，是第一步。

故障地點(diǎn)的信息至關(guān)重要，與警方調(diào)查人員一樣，我們應(yīng)該竭盡全力保存現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。第一件事是研究應(yīng)用電路中的IC，即它在哪里失效。像焊料飛濺這樣簡(jiǎn)單的事情可能是答案的關(guān)鍵。IC可能部分運(yùn)行，但并非完全失效。事實(shí)上，移除IC可能會(huì)掩蓋真正的問題。

為了有效的FA，我們需要檢查客戶的示意圖并收集故障的所有情況，原因。是的，此過程很可能面臨客戶的機(jī)密性問題。這是一個(gè)普遍關(guān)注的問題，這就是為什么有保密協(xié)議（NDA）的原因。這也是FAE在世界各地充當(dāng)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(píng)估應(yīng)用的原理圖，布局和其他條件。為了保護(hù)客戶的機(jī)密性，F(xiàn)AE只需要向QA發(fā)送客戶設(shè)計(jì)原理圖的相關(guān)部分?，F(xiàn)在，QA終于可以使用可靠的故障數(shù)據(jù)。

一個(gè)成功的結(jié)果

回到我們的故事。當(dāng)?shù)氐?FAE 在此故障問題上與客戶更緊密地合作。有了更多的原理圖，這就是我們所看到的很少。運(yùn)算放大器連接到輸出引腳，但由于采用10kΩ串聯(lián)電阻，因此影響不大。通過使用一個(gè)公共接地，而不是在一個(gè)星形點(diǎn)連接單獨(dú)的接地，一個(gè)電源上的噪聲通過去耦電容直接耦合到其他電源。最小的去耦電容為0.1μF。典型的表面貼裝0.1μF電容在大約15MHz時(shí)具有自諧振;超過該頻率，它們是電感器，不再用作電容器。

從中可以得到兩個(gè)教訓(xùn)。首先，去耦電容是雙向的。如果將嘈雜的電源連接到安靜的電源，噪聲會(huì)污染安靜的電源。其次，嘈雜的地面也會(huì)發(fā)生同樣的事情：噪音會(huì)污染安靜的電源。嘈雜的電源需要與嘈雜的接地配對(duì)，干凈或安靜的電源必須與干凈的電源配對(duì)。交叉污染會(huì)損害電源和地面。在電容器的自諧振頻率以上，它變得感性，即它不傳導(dǎo)或衰減高頻能量。

結(jié)論

因此，我們兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，重復(fù)一個(gè)開場(chǎng)白：在排除IC故障故障時(shí)，知識(shí)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)谾AE更有價(jià)值。FAE必須仔細(xì)檢查整個(gè)系統(tǒng)、電路板布局、原理圖和應(yīng)用，然后將這些數(shù)據(jù)傳送回QA。只有獲得準(zhǔn)確、詳細(xì)的事件數(shù)據(jù)，我們才能解決IC故障問題。沒有這些數(shù)據(jù)，QA被迫猜測(cè)“犯罪現(xiàn)場(chǎng)”。

附錄—家庭版IC故障分析

這里有一個(gè)相關(guān)的故事，說明了為什么在分析故障電子電路時(shí)知識(shí)是王道。如果沒有所有完整的故障數(shù)據(jù)，就不可能得出準(zhǔn)確的 FA。這個(gè)故事一開始并不是一個(gè)IC故障排除問題，而是迅速演變成這個(gè)問題。

一位朋友有一輛1927年至1931年間制造的舊A型福特汽車。他安裝了從當(dāng)?shù)仄嚺浼痰曩?gòu)買的收音機(jī)。安裝時(shí)失敗。他把收音機(jī)帶回商店，他們更換了它。他安裝了新裝置，但失敗了。在第三個(gè)“壞”收音機(jī)之后，商店退還了他的錢。

他開始與一個(gè)古董車俱樂部的成員交談。他們告訴他，Model A有一個(gè)正極接地，所以收音機(jī)的電源引線反轉(zhuǎn)了。雖然收音機(jī)期望連接到正電壓，但它實(shí)際上是連接到負(fù)電壓。當(dāng)電源反轉(zhuǎn)時(shí)，半導(dǎo)體中會(huì)出現(xiàn)煙霧。

A型車的傳奇還在繼續(xù)。在了解正極接地后，我們的朋友購(gòu)買了一個(gè)昂貴的定制DC-DC轉(zhuǎn)換器來反相電源電壓。為了測(cè)試它，他將電池連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器和工作臺(tái)上的收音機(jī)。效果很好。然后他把所有東西都裝在車?yán)铮?a target="_blank">保險(xiǎn)絲爆炸了。最后，他向這位工程朋友尋求幫助。

A型的底盤連接到電池的正極。（在今天的電子產(chǎn)品中，這相當(dāng)于負(fù)電源。1956 年之后的美國(guó)汽車有負(fù)面基礎(chǔ);電池的負(fù)極端子連接到機(jī)箱，形成正電源。今天在汽車商店購(gòu)買的消費(fèi)品假定汽車處于負(fù)面狀態(tài)。下面的圖 1 在工作臺(tái)上工作，因?yàn)槭找魴C(jī)沒有用螺栓固定在汽車底盤上。

圖1.此設(shè)置在工作臺(tái)上有效，因?yàn)樘摼€機(jī)箱接地未連接到無線電上。

DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒有接地隔離，以節(jié)省成本;實(shí)際上，正輸入和正輸出與機(jī)箱接地有關(guān)。因此，當(dāng)設(shè)置在工作臺(tái)上時(shí)，它起作用了，因?yàn)樘摼€機(jī)箱接地未連接到無線電上。收音機(jī)安裝在車內(nèi)后，收音機(jī)底盤使電源短路，從而熔斷了保險(xiǎn)絲。

假設(shè)您是無線電公司的技術(shù)人員，負(fù)責(zé)對(duì)這些返回的無線電執(zhí)行 FA。當(dāng)?shù)氐牧慵痰曛徽f他們知道的：“無線電在安裝時(shí)出現(xiàn)故障。你打開收音機(jī)發(fā)現(xiàn)很多燒焦的零件。是什么導(dǎo)致了問題？沒有更具體的性能數(shù)據(jù)，您就是在猜測(cè)。正如我們所說，任何QA工程師都需要整個(gè)故障故事才能推薦有效的糾正措施。

審核編輯：郭婷