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作者方玉胡格力電器(合肥)有限公司(安徽合肥230088)本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201711/372163.htm方玉胡(1984-)，男，助理工程師，研究方向：半導體失效分析。摘要：本文主要對控制器在靜電損傷故障中，關于設計方面，如何規避靜電損傷問題，從PCB的特殊部位入手，通過設計上的改進，規避控制器因半導體器件的布局不合理，進而導致主板半導體失效的問題。從PCB設計著手，通過結合生產流程、安裝流程、設備工裝等影響因素，從實際出發，大幅減少控制器制造過程中的ESD和EOS問題。前言　　目前，電子行業中出現的失效故障主要為半導體靜電損傷故障，靜電放電(ESD)的方法來自人體、環境，甚至電子設備內部的靜電，對精密的半導體芯片會造成各種損傷，例如穿透元器件內部薄的絕緣層，損毀MOST和CMOS元器件的柵極，CMOS器件中的觸發器鎖死，短路反偏的PN結，融化有源器件內部的焊接線或鋁線。為了釋放靜電放電(ESD)的電子設備的干擾和破壞，需要采取多種技術手段進行防護。　　由于靜電發生情況非常隨機，不僅在成品主板裝配過程中和主板裝配完成后的周轉運輸容易出現，在裝配整機過程中也容易出現。然而實際生產過程中，主板裝配后的防護并不能防護到主板本身裝配過程中經典損傷的隱患，所以除了生產過程中的防靜電措施，設計方面的規避就顯得尤為重要。在質量控制過程中分事前控制、過程控制和事后控制。其中事前控制成本小、效果好，是質量預防控制的最佳手段。所以對于PCB設計過程中如何規避靜電損傷設計就顯得尤為關鍵。1設計中出現的典型缺陷導致元件失效的案例1.1PCB設計時在員工操作區域設置電源過孔和芯片功能腳測試過孔，導致芯片損傷　　案例一：如圖1所示，該故障是主板芯片周圍測試點暴露在員工操作區域內，員工手接觸到的過孔恰好連接芯片，造成極大的靜電損傷隱患，故障比例高達0.5%，損傷后，主芯片出現明顯損傷，在X光下觀察到明顯的噴金現象，如圖1(a)所示。　　出現故障的主板與其他未出現故障而且使用同款芯片的主板相比，與故障主板3.3V線路相連的線路暴露在員工操作區域內(員工操作過程中需要接線位置)，員工操作時容易觸碰到該區域，如有靜電，就會直接傳導至主芯片，圖1(b)、(c)所示標示區域(其中1區為程序校驗口，2區為指示燈電源口)由于主板接線工序可能貫穿整個生產過程，在非控制器生產區域沒有良好的防靜電環境中，操作此工序有極大的靜電損傷隱患。　　出現故障的主板與其他未出現故障的主板相比，3.3V電源距離主芯片長度長約1cm，出現故障主板芯片距離3.3V距離較遠有3cm，正常板只有2cm，暴露的距離更長，連接芯片沒有限流電阻保護更容易受到靜電的侵害。　　故設計PCB過程中需要暴露的測試點和過孔等，需要顧及到后續操作工位的分布情況，避免在員工操作區域設置測試點及過孔，減少靜電損傷發生的可能性。1.2PCB設計過程中，將過孔設計在板邊，導致過主板孔接觸設備，被設備感應電損傷　　案例二：如圖2所示，此PCB過孔靠近板邊，在放置在生產線上后，生產線連接到電機的鏈條，恰好與PCB的過孔重合，造成設備與主板內電路直接接觸，此種現象對主板損傷隱患很大，造成該種主板生產過程中，對應芯片存在0.1%的故障率。　　生產設備大多功率較大，運行過程中在設備表面容易產生感應電，感應電的電量雖然較小，但是對于功率極小的電子元器件仍然相對較大，有較大的EOS損傷隱患。　　生產設備和主板接觸的另外一種失效模式如圖3所示。電子元件如果與金屬設備直接接觸，若其中一方帶靜電電荷，就會發生放電現象，這就是為什麼對于電子元件的車間的工作臺面需要包裹防靜電膠墊進行離子風扇消除靜電等措施。　　過孔位置與生產線插件段傳遞鏈條有直接接觸，根據此現象現場測試，測試出生產線帶20V交流感應電，對電子元器件有嚴重隱患，可使用生產線鐵鏈條更改為塑料鏈條和清查靜電接地線連接情況等措施達到解決問題目的，但從源頭上講，可以增加工藝邊，更改過孔點或者增加涂覆層等方式進行更改。2PCB設計對于防靜電應規避事項2.1布線過程中如何規避靜電問題　　布線是整個PCB設計中最重要的工序，直接影響著PCB的性能，同樣對于防靜電設計上有著決定性影響。　　對于布線，首先應當盡量避免跳線，就是要將線路布通、布順暢，如果跳線過多，就是增加了線路裸露部分，若是裸露部分連接芯片則增加芯片被靜電損傷的隱患。　　其次，布線的簡潔，對于PCB的布線，需要強調布線以短、直為準，避免線路被拉長，被兜圈。線路本身也是電子器件，線路太長，容易受到電磁干擾的影響，甚至會使線路本身的性能發生改變，如電感量發生變化等。　　最后為保護電路，因為靜電的隨機性，任何的靜電防護措施也不能絕對的對原價進行防護，所以對于關鍵性能器件和耐靜電等級較低的器件，需要增加靜電防護電路，即增加限流電阻在芯片引腳處，防止外部靜電損傷，同時增加芯片口對地的電容濾波，可將小電量的雜波濾除。2.2PCB結構上的分布　　對PCB的結構分布，除了強電、弱電分布需要設立區域外，還需要將靜電敏感區域和需要人員后工序操作的操作區域進行區分，用于防止生產過程中因員工靜電防護不到位而造成的靜電損傷，同時應該將芯片集中放置，減少芯片間的線路距離，減少靜電損傷隱患，同時在設計允許的條件下，應盡可能地使用硅膠電子密封膠等防護措施，將主IC和敏感IC進行密封，更進一步地防護靜電。3結論　　防靜電工作一直是半導體行業的大課題，在很多程度上決定一個行業，一個品牌的健康發展，從質量控制的角度來講，從源頭防治靜電損傷問題有很多方法，如消除靜電源，控制物料環境產生靜電的可能性等，從PCB的設計方面規避靜電發生的可能性也是必不可少的一環，此點可以從概率上大幅降低，因設計考慮不周導致的靜電損傷，形成規范就會對產品的可靠性提高一個層次。　　參考文獻：　　[1]張占樣.寬帶多普勒計程儀測評方法及其軟件設計[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學，2010.　　[2]劉硯一.基于FBGA的USB接口數據采集系統研究[J].南京:南京林業大學,2007.　　[3]賈斌,吳東華,胡偉.智能技術在電力系統自動化中的應用探討[J].科技咨詢,2010.　　本文來源于《電子產品世界》2017年第12期第56頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。

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