一款USBkey用MCU電路早期失效問(wèn)題初探

　　1 問(wèn)題的提出

　　我公司生產(chǎn)的USBkey產(chǎn)品所使用的MCU電路，自2007年9月初USBkey產(chǎn)品開(kāi)始量產(chǎn)化后，我們對(duì)其部分產(chǎn)品做了電老化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該款電路早期失效問(wèn)題達(dá)不到我們要求，上電以后一段時(shí)間內(nèi)失效率為千分之一點(diǎn)五左右。為此，我們從去年10月到今年2月對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品(已發(fā)出的除外)全部進(jìn)行了電老化篩選，通過(guò)這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律性的東西，對(duì)提高電子產(chǎn)品的安全可靠性有一定指導(dǎo)意義。

　　2 試驗(yàn)條件的設(shè)定

　　造成電路早期失效的原因很多，從IC設(shè)計(jì)到半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝、電路封裝、焊接裝配等生產(chǎn)工序和生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)材料、生產(chǎn)環(huán)境及人為的因素都有可能是成因，作為電路的使用方不可能都顧及到，也不可控。通過(guò)分析，我們認(rèn)為還是著眼于該款電路在完成半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝后，在后部加工中所產(chǎn)生的早期失效問(wèn)題更有針對(duì)性。，因此決定從電路的后部加工工序即封裝、COS軟件以及產(chǎn)品SMT加工工藝等方面人手，安排幾種比對(duì)試驗(yàn)并取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以期找出失效原因。

　　方法如下：

　　1．全部產(chǎn)品做老化，按同一封裝廠家不同的生產(chǎn)批次取得失效數(shù)據(jù)。

　　2．同一封裝批次，修改COS軟件與原COS產(chǎn)品做同樣條件的老化試驗(yàn)，進(jìn)行失效數(shù)據(jù)比對(duì)。

　　3．對(duì)在兩家封裝廠封裝的MCU電路，分別取相同數(shù)量在同一條生產(chǎn)線上同時(shí)做SMT加工之后，又在同樣條件下做老化試驗(yàn)，進(jìn)行失效數(shù)據(jù)比對(duì)。

　　4．不同封裝廠家的失效數(shù)據(jù)結(jié)果做對(duì)比。

　　5．通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，找出引起電路早期失效的規(guī)律。

　　試驗(yàn)條件：

　　根據(jù)該電路的工作電壓范圍(2.7V-5.5V)和工作溫度范圍(-25℃-85℃)，我們?cè)O(shè)定的老化條件為：室溫25℃、工作電壓5V(實(shí)測(cè)工作電流30mA)、老化時(shí)間16小時(shí)。

　　3 數(shù)據(jù)采集

　　自2007年10月至2008年2月用了四個(gè)多月時(shí)間對(duì)同期生產(chǎn)的USBkey產(chǎn)品中的385221枚進(jìn)行了電老化篩選。只有部分產(chǎn)品因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)至各地客戶無(wú)法統(tǒng)計(jì)以外，都進(jìn)行了老化。所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們認(rèn)為是可信的，同時(shí)也足以說(shuō)明問(wèn)題了。

　　老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

　　4 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

　　1．從表1、圖1、圖2、及圖3可以看出同一封裝廠家不同封裝批次失效率是不同的，而且和季節(jié)氣候有關(guān)，三季度是個(gè)高峰，這同封裝廠家彼時(shí)的生產(chǎn)環(huán)境可能有關(guān)。

　　2．對(duì)于同一時(shí)間段加工的晶圓，不同廠家封裝的產(chǎn)品，同一批次做SMT加T之后電老化，通過(guò)表2所得出的失效率結(jié)果是顯而易見(jiàn)的，封裝質(zhì)量對(duì)電路的早期失效確有影響。

　　3．從表4可知更改COS后的產(chǎn)品失效率為萬(wàn)分之五點(diǎn)三，而所用同批次MCU的老化總失效率約為萬(wàn)分之四。失效率基本吻合。

　　4．從表3對(duì)比兩家封裝廠的失效率結(jié)果其質(zhì)量也一目了然。但有一點(diǎn)要注意的，即使同一封裝廠家不同封裝批次質(zhì)量差別有時(shí)也會(huì)很大。

　　5．老化時(shí)間和失效的變化我們也做了曲線圖，失效高峰主要集中在起始階段，14小時(shí)后基本為零，如表5和圖4所示。

　　5 結(jié)論

　　通過(guò)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)比，我們認(rèn)為，該款MCU電路早期失效問(wèn)題和電路封裝工藝確實(shí)存在很大關(guān)系，這里有個(gè)前提，限于條件我們將同一時(shí)間段加工的晶圓的生產(chǎn)質(zhì)量視為相同的(也就是說(shuō)某段時(shí)間所封不同批次的電路使用的晶圓是同時(shí)加工的)，這已經(jīng)得到了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的佐證。我們只是從試驗(yàn)結(jié)果上作出上述判斷，集成電路生產(chǎn)廠家應(yīng)在這方面引起注意。當(dāng)然具體到封裝可能涉及的焊接拉力、包封料質(zhì)量、氣孔、引線框架、生產(chǎn)環(huán)境、包封溫度壓力及氣候影響等諸多因素的不同影響，還應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)分析，就不在本文討論了。

　　具體到這款電路，修改COS軟件對(duì)早期失效相比較而言變化不大。如軟件有問(wèn)題當(dāng)屬設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性缺陷，那么失效率應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前的水平，否則邏輯上講不通。但軟件設(shè)計(jì)的不合理肯定會(huì)對(duì)電路的使用及可靠性帶來(lái)一系列問(wèn)題，電路的使用者在做開(kāi)發(fā)時(shí)也要注意到。

　　還有集成電路包裝問(wèn)題造成的影響，近年來(lái)隨著電路加工工藝水平的提高也已經(jīng)引起了人們的足夠重視。對(duì)此SMT加工廠在電路拆開(kāi)密封包裝后應(yīng)立即盡快生產(chǎn)，否則要烘烤水分后再上線，這些細(xì)微的疏忽都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采取了以上措施后我們的SMT加工質(zhì)量得到了保證。另外有些集成電路供貨商在封裝廠家做完加工后自己還要拆開(kāi)包裝重新測(cè)試后再包裝出廠，因不具備一定的生產(chǎn)環(huán)境，也可能在這些環(huán)節(jié)埋下隱患。

　　總之，控制電路早期失效是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，牽涉到電路的生產(chǎn)者還有使用者。

　　作為使用者，限于條件我們僅從某些方面人手作出如上判斷。有一點(diǎn)要注意：即便選擇了一家好的封裝廠，它在不同時(shí)段的封裝質(zhì)量也會(huì)不一樣，這很正常，關(guān)鍵看生產(chǎn)廠家如何進(jìn)行質(zhì)量控制。