KID65783AP顯示IC的失效分析與研究

　　王少輝，項(xiàng)永金（格力電器（合肥）有限公司，安徽?合肥?230088）

　　摘?要：柜機(jī)空調(diào)顯示板在廠內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程與售后出現(xiàn)大量失效，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為顯示多劃、混亂、LED燈異常點(diǎn)亮等。經(jīng)過(guò)分析為KID65783AP顯示IC失效導(dǎo)致，失效模式為1腳對(duì)V _CC 屬性異?；蚱渌_對(duì)V _CC 屬性異常。失效芯片經(jīng)分析為部分管腳ESD損傷，以及部分管腳漏電流偏大。本文結(jié)合顯示驅(qū)動(dòng)IC的失效機(jī)理，失效電路，對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化更改，提高顯示驅(qū)動(dòng)IC的ESD(MM)水平。產(chǎn)品同時(shí)導(dǎo)入漏電流的測(cè)試，從顯示IC產(chǎn)品本身測(cè)試篩選提高可靠性。

　　關(guān)鍵詞：顯示驅(qū)動(dòng)IC；ESD損傷；漏電流；晶圓設(shè)計(jì)；可靠性

　　0 引言

　　顯示界面比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，常采用LED作為顯示屏，主要是LED本身可發(fā)光，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低，且驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單。LED顯示屏被大量應(yīng)用于空調(diào)顯示板，使用顯示效果較好。驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光二極管采用顯示驅(qū)動(dòng)芯片，可以實(shí)現(xiàn)多段驅(qū)動(dòng)，價(jià)格低，驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單。顯示芯片失效后，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)顯示混亂，使整機(jī)無(wú)法正常顯示，對(duì)整機(jī)使用效果影響較大，因此研究驅(qū)動(dòng)顯示IC的失效模式、失效機(jī)理非常重要。

　　1 事件背景

　　家用柜機(jī)空調(diào)顯示板在廠內(nèi)生產(chǎn)，以及售后故障失效突出。統(tǒng)計(jì)廠內(nèi)直接在生產(chǎn)測(cè)試中出現(xiàn)故障，售后使用失效時(shí)間也較短。故障現(xiàn)象表現(xiàn)為顯示混亂，對(duì)故障件進(jìn)行復(fù)核分析，均為內(nèi)機(jī)顯示板顯示驅(qū)動(dòng)IC失效，已嚴(yán)重影響空調(diào)售后故障率，顯示驅(qū)動(dòng)IC失效問(wèn)題急需進(jìn)行分析解決。

　　2 失效原因及失效機(jī)理分析

　　KID65783AP顯示IC失效，如圖1所示，廠內(nèi)主要是顯示IC不同管腳短路，阻值變小，售后失效故障品也伴隨主控芯片失效。從外觀檢查，售后失效故障品P板均有燒黃。開(kāi)封查看晶圓內(nèi)部不同管腳間均有過(guò)電擊穿損傷痕跡。

　　失效模式主要有兩種，一種是不同管腳對(duì)地與電源腳電阻值小，有的測(cè)試近似短路狀態(tài)，主要表現(xiàn)故障為缺劃、多劃等；另一種為芯片管腳反向漏電流偏大，表現(xiàn)故障為燈微亮。

　　2.1 管腳值小或短路

　　故障顯示板全屏顯示，查看3個(gè)顯示筆段缺劃，故障如下圖2所示，測(cè)試對(duì)應(yīng)顯示驅(qū)動(dòng)芯片管腳均有損傷。此故障在廠內(nèi)與售后均有失效，失效故障模式相同，均為不同管腳內(nèi)部晶圓過(guò)電損傷。

　　部分故障品測(cè)試為電源腳或地腳，對(duì)輸入或輸出腳阻值小，或接近短路狀態(tài)。如下圖3所示，此單故障品電源腳（9腳）與輸入腳（1腳）阻值小，正常品為MΩ級(jí)，不良品在歐級(jí)已接近短路狀態(tài)。PIN1-9短路，對(duì)應(yīng)原理圖為芯片內(nèi)部的D1二極管短路。

　　對(duì)故障品晶圓開(kāi)封，去除表面封裝樹(shù)脂，開(kāi)封發(fā)現(xiàn)PIN1對(duì)V CC 線路上的二極管出現(xiàn)擊穿損傷點(diǎn)，如下圖4所示。

　　2.2 管腳漏電流偏大

　　單個(gè)芯片測(cè)試性能無(wú)異常，故障品主要在廠內(nèi)失效，如圖5所示，顯示板關(guān)機(jī)后會(huì)有部分筆段發(fā)光二極管顯示微亮。

　　失效故障品表現(xiàn)為V CC -IN7出現(xiàn)50μA左右的漏電流（規(guī)格書(shū)對(duì)V CC -IN漏電流未做規(guī)定），如下圖6、圖7所示為芯片內(nèi)部對(duì)應(yīng)失效點(diǎn)。

　　正常品的V CC 對(duì)IN1-6端口反向漏電流幾乎是為0，如圖8所示QT2半導(dǎo)體特性曲線對(duì)比。從I/O特性判斷并非是EOS/ESD原因，晶圓本身的原因不能排除。

　　3 電路設(shè)計(jì)核查分析

　　具體顯示驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電路如圖9所示，用來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管與發(fā)光二極管點(diǎn)亮，驅(qū)動(dòng)電壓5~12V，驅(qū)動(dòng)電壓較低。主控芯片傳輸高低電平信號(hào)到U103顯示芯片，顯示芯片根據(jù)主控信號(hào)輸出電壓控制不同的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)正常的顯示功能。

　　4 失效解決方案

　　從產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身提高耐電壓能力，使產(chǎn)品各項(xiàng)性能提高，可靠性增強(qiáng)。對(duì)產(chǎn)品篩選檢驗(yàn)測(cè)試增加新的管控項(xiàng)目，強(qiáng)化產(chǎn)品的測(cè)試篩選。

　　4.1 導(dǎo)入漏電流測(cè)試

　　廠家對(duì)出廠產(chǎn)品檢測(cè)方法進(jìn)行強(qiáng)化改善，增加管腳的漏電流的測(cè)試，增加輸入輸出電流法檢測(cè)，對(duì)器件管腳進(jìn)行檢測(cè)，避免因廠家檢測(cè)問(wèn)題導(dǎo)致故障品流入我司。

　　在輸出端與輸入端端子間追加漏電流測(cè)試項(xiàng)目，晶圓狀態(tài)有問(wèn)題，可以有效檢出。具體如表1、圖10、圖11所示。

　　4.1.2 輸出端耐電壓檢測(cè)

　　由于故障品為EOS損傷，損傷點(diǎn)為輸出端對(duì)地漏電流偏大，對(duì)現(xiàn)有測(cè)試項(xiàng)目強(qiáng)化，對(duì)各輸出端增加耐電壓檢測(cè)項(xiàng)目。測(cè)定條件和方法：各channel的V CC →OUT Leak。具體測(cè)試條件如表2、圖12、圖13。

　　4.2 提高晶圓的抗靜電能力

　　通過(guò)改變晶圓的內(nèi)部的間隙來(lái)提高晶圓的抗靜電能力，主要擴(kuò)大如圖14所示6個(gè)位置的間距。導(dǎo)入優(yōu)化晶圓設(shè)計(jì)，將失效區(qū)晶圓內(nèi)部區(qū)域間距放大，提高本體的ESD(MM)水平。如圖14、表3所示，改善之后晶圓抗靜電耐壓能力明顯提高。

　　5 失效整改總結(jié)及意義

　　確認(rèn)芯片失效為廠家本身產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以及篩選不良，在我司使用出現(xiàn)故障。通過(guò)改變失效位置晶圓內(nèi)部的電氣間隙，提高晶圓的耐壓。增加輸入與輸出端的漏電流測(cè)試，以及耐電壓測(cè)試，可有效地提高產(chǎn)品本身的抗靜電能力，且更好地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行篩選。本文從KID65783AP顯示IC的失效原因，以及失效機(jī)理、應(yīng)用電路等多方面進(jìn)行分析，提高了芯片本身的抗靜電能力，售后整改效果顯著。

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　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第05期第79頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）