手機(jī)制造伴隨著消費(fèi)者越來越高的體驗(yàn)中追求和品牌時(shí)代的崛起,越來越多的電子產(chǎn)品制造廠商不得不對(duì)品質(zhì)提出了更嚴(yán)格的管控。
所以討論這兩個(gè)關(guān)系的前提就是需要先了解售后跟蹤與分析。
下圖是一個(gè)美國上世紀(jì)八十年代美方一組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
產(chǎn)品現(xiàn)場返回--EOS 百分比
現(xiàn)場失效類別與百分比 | |
現(xiàn)場失效分類 | 現(xiàn)場失效% |
EOS | 46 |
IC設(shè)計(jì),制造,及封裝 | 25 |
再測試無失效 | 17 |
ESD | 6 |
EOS或者ESD? | 6 |
也就是半導(dǎo)體行業(yè)主要困難之一,跟蹤,記錄和維護(hù)這些現(xiàn)成失效的數(shù)據(jù)比例。
在功能機(jī)時(shí)代,手機(jī)價(jià)格比較低而且流行機(jī)海戰(zhàn)術(shù),每款型號(hào)出貨百萬級(jí)都不得了,成本要求很苛刻,一個(gè)電子產(chǎn)品的BOM清單里面比較容易更換供應(yīng)商品牌,對(duì)生產(chǎn)批次也無記錄。
而隨著蘋果的快速崛起,蘋果一款手機(jī)上億臺(tái)出貨,國內(nèi)品牌也開始猛砍機(jī)型數(shù)量集中資源打造明星爆款機(jī)型,現(xiàn)在OPPO,VIVO,華為,小米等品牌都有超過千萬爆款產(chǎn)品,魅族,金立等品牌
也有幾百萬機(jī)型。
而這給硬件設(shè)計(jì)者很大的壓力。因?yàn)槿魏我粋€(gè)設(shè)計(jì)的BUG帶來都是批量的售后反饋以及對(duì)甚至對(duì)品牌或者某款機(jī)型帶來滅頂之災(zāi)。
ESD模型圖片
當(dāng)年美國就和羅馬及紐約的可靠性分析中心(RAC)共同建立的現(xiàn)場失效返回程序(FFRP)。其目標(biāo)如下
1 識(shí)別高失效率或者器件問題。
2 從失效分析中識(shí)別失效根源。
3 信息反饋給公司內(nèi)部,測試機(jī)構(gòu),以及供應(yīng)商來采取糾正措施。
對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的失效,品牌客戶當(dāng)?shù)厥酆蟮男畔⑹占c現(xiàn)場分析很關(guān)鍵。這與終端消費(fèi)者使用習(xí)慣,電網(wǎng)環(huán)境,充電環(huán)境特別是不同來源的充電器有很大關(guān)系。
經(jīng)常我們碰到一個(gè)問題就是一塊電子產(chǎn)品電性能失效了,為了下一步能夠改善。研發(fā)需要分析究竟是ESD還是EOS造成的損傷。
區(qū)分可以分為以下
一 電荷與電流的性質(zhì)與來源;
ESD事件與摩擦生電及電荷積累有關(guān),伴隨電接觸和電弧放電燈快速放電過程產(chǎn)生。ESD電流與積累的電荷放電過程有關(guān)。而在市場反饋上面與各地氣候是否干燥,冬季還是夏季有關(guān)。
EOS事件則與電壓或者電流閑逛,該電壓或者電流與電源,發(fā)電設(shè)備,機(jī)械及工具,包括附近的用電設(shè)備有關(guān)。
某品牌的手機(jī)充電器在西部某地經(jīng)常有反饋燒壞,后來跟蹤了解到是因?yàn)楦浇写笮陀秒娫O(shè)備啟動(dòng)時(shí)給電網(wǎng)雜波影響。而家里的用電設(shè)備比如電動(dòng)車充電也有可能影響。
二 特征響應(yīng)時(shí)間與波形定義
ESD特征響應(yīng)時(shí)間與電荷積累的機(jī)制和放電過程有有關(guān),為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)定義了人體模型(HBM),機(jī)器模型(MM),人工金屬模型(HMM),IEC610004-2及傳輸線脈沖(TLP)
等。而時(shí)間常數(shù)在亞納秒到數(shù)百納秒。
EOS沒有特征響應(yīng)時(shí)間,也許是短時(shí)間也可能是長時(shí)間比如秒級(jí)。包括防呆設(shè)計(jì)(插反及支流反接,錯(cuò)接)都屬于EOS事件。而對(duì)于目前國內(nèi)同行從2014年開始流行的EOS標(biāo)準(zhǔn),主要8/20uS及IEC61000-4-5這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
而有些手機(jī)經(jīng)常連接車充充電。而在車載行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ISO 7637標(biāo)準(zhǔn)。則是mS級(jí)波形。
三 周期性
ESD事件具有典型非周期性,通常是個(gè)單脈沖,可能是單極也可能是雙向的。
EOS則有可能周期與非周期,單極性或者雙向性,在電源上可能是諧波震蕩。
四 可重復(fù)性
ESD 事件是不可重復(fù)的事件,而EOS大部分情況下可重復(fù)可復(fù)現(xiàn)。
五 失效機(jī)制
ESD造成的失效通常是局部的,比如在半導(dǎo)體芯片中功能模塊的一個(gè)小的區(qū)域,電流與電壓顯著時(shí)則可能有更大面積。所以ESD失效更多情況下是芯片局部功能的失效。
而EOS損傷經(jīng)常伴隨其他額外的失效
1 綁定PAD,焊點(diǎn)連接失效 。
2 焊線分層
3 焊線彎曲
4 焊線熔化
5 封裝密封材料
6 封裝成型材料
7 封裝漿料
8 封裝脫層變色,熔化,甚至炭化。有些誤操作造成EOS損壞同時(shí)伴隨有封裝材料熔化帶來的異味臭味。個(gè)別電源接口的連機(jī)器,機(jī)客嚴(yán)重變形。
9 PCB失效。
10 EOS典型如TVS ,OVP IC 等失效。
六 失效分析方式
失效分析是有其標(biāo)準(zhǔn)的流程
1 信息收集,失效設(shè)備或現(xiàn)場定位,是制造哪個(gè)過程,包括是SMT貼片前還是貼片后組裝測試前哪個(gè)工段,又或者是量產(chǎn)最后測試以及售后,不良比例,這些信息都很關(guān)鍵。
作為失效分析工程師要第一時(shí)間聯(lián)系現(xiàn)場技術(shù)人員最好趕赴現(xiàn)場與操作人員調(diào)查每一個(gè)環(huán)節(jié),有時(shí)候操作人員的一個(gè)不經(jīng)意的細(xì)節(jié)都有可能縮短分析時(shí)間,直指問題關(guān)鍵點(diǎn),
特別敏感哪一個(gè)操作關(guān)鍵影響器件性能變化,究竟是高溫?高壓?或者大電流?周圍的ESD措施是否合理。特別是最近走訪一些標(biāo)準(zhǔn)化的工廠垃圾桶都是防ESD處理的。
2 失效的分析
可以直觀檢查有故障或者缺陷特別是外觀檢查,在就是檢查是否開路,短路或者漏電或者阻抗是否正常。對(duì)于分立器件的失效有經(jīng)驗(yàn)的工廠維修人員用萬用表基本可以確定問題了。
歸類有以下無損檢測
光學(xué)檢測
超聲顯微鏡檢查
X射線檢測
電氣測量
不過深入的分析舉就要借助各類設(shè)備
3 比較替換
調(diào)換實(shí)驗(yàn),這也是泛采用的一種方式,異常是否跟著物料走,不過需要注意的是調(diào)換實(shí)驗(yàn)不可避免帶來高溫,ESD的影響。這就需要另外的措施避免失效。
4 數(shù)據(jù)庫檢查
追溯工廠時(shí)間與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),檢查物料參數(shù)與工廠生產(chǎn)差異。
5 電氣測試仿真
模擬失效環(huán)境復(fù)現(xiàn)問題。用ESD(有HBM,MM,CDM,大部分客戶還是用IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)空氣或者接觸放電來核實(shí)問題)測試看是否可以復(fù)制電氣特性與可見特征。
對(duì)于ESD失效比較常見的就是生產(chǎn)過程中MOS的失效。
EOS很容易復(fù)現(xiàn)問題,但是很難確認(rèn)實(shí)際的EOS是哪一種時(shí)間常數(shù)與模式,究竟是反插還是直流過壓或者浪涌高壓。這個(gè)時(shí)候我們最好同時(shí)也分析外圍其他關(guān)聯(lián)器件是否有失效產(chǎn)
生。
七 EOS的預(yù)防和控制
生產(chǎn)中的EOS來源有烙鐵,電動(dòng)工具和電源整流。
制造中的防止EOS與控制ESD有明顯區(qū)別,
控制靜電放電與避免電荷積累和摩擦帶電現(xiàn)象的電荷積累有管,ESD控制例子有
導(dǎo)電地板
工作間地板
人員接地腕帶腳帶
服裝
手推車
空氣電離
濕度控制
ESD預(yù)防與電荷及電荷轉(zhuǎn)移有關(guān),與此相反,產(chǎn)區(qū)的EOS防護(hù)與電連接,不正確的連接,外部負(fù)載,輸入電源線路質(zhì)量,噪聲,電磁干擾與瞬態(tài)現(xiàn)象有關(guān)。