一款USBkey用MCU電路早期失效問題初探

　　1 問題的提出

　　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)品開始量產(chǎn)化后，我們對其部分產(chǎn)品做了電老化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該款電路早期失效問題達(dá)不到我們要求，上電以后一段時間內(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，通過這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律性的東西，對提高電子產(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)生的早期失效問題更有針對性。，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。

　　3．對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。

　　4．不同封裝廠家的失效數(shù)據(jù)結(jié)果做對比。

　　5．通過試驗(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℃)，我們設(shè)定的老化條件為：室溫25℃、工作電壓5V(實(shí)測工作電流30mA)、老化時間16小時。

　　3 數(shù)據(jù)采集

　　自2007年10月至2008年2月用了四個多月時間對同期生產(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，同時也足以說明問題了。

　　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)，三季度是個高峰，這同封裝廠家彼時的生產(chǎn)環(huán)境可能有關(guān)。

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

　　3．從表4可知更改COS后的產(chǎn)品失效率為萬分之五點(diǎn)三，而所用同批次MCU的老化總失效率約為萬分之四。失效率基本吻合。

　　4．從表3對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)量差別有時也會很大。

　　5．老化時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小時后基本為零，如表5和圖4所示。

　　5 結(jié)論

　　通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對比，我們認(rèn)為，該款MCU電路早期失效問題和電路封裝工藝確實(shí)存在很大關(guān)系，這里有個前提，限于條件我們將同一時間段加工的晶圓的生產(chǎn)質(zhì)量視為相同的(也就是說某段時間所封不同批次的電路使用的晶圓是同時加工的)，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軟件對早期失效相比較而言變化不大。如軟件有問題當(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)的不合理肯定會對電路的使用及可靠性帶來一系列問題，電路的使用者在做開發(fā)時也要注意到。

　　還有集成電路包裝問題造成的影響，近年來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。對此SMT加工廠在電路拆開密封包裝后應(yīng)立即盡快生產(chǎn)，否則要烘烤水分后再上線，這些細(xì)微的疏忽都會對產(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包裝重新測試后再包裝出廠，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很復(fù)雜的問題，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，它在不同時段的封裝質(zhì)量也會不一樣，這很正常，關(guān)鍵看生產(chǎn)廠家如何進(jìn)行質(zhì)量控制。