编者按：本文主要对控制器在eos静電损伤损伤故障中关于设计方面，如何规避eos静电损伤损伤问题从PCB的特殊部位入手，通过设计上的改进规避控制器因半导体器件的布局不合理，进而导致主板半导体失效的问题从PCB设计着手，通过结合生产流程、安装流程、设备工装等影响因素从实际出发，大幅减少控制器制造过程中的ESD和EOS问题
作者 方玉胡 格力电器(合肥)有限公司(安徽 合肥 230088)
方玉胡(1984-)，男助理工程师，研究方向：半导体失效分析
摘要：夲文主要对控制器在损伤故障中，关于方面如何规避损伤问题，从的特殊部位入手通过上的改进，规避控制器因半导体器件的布局不匼理进而导致主板半导体失效的问题。从着手通过结合生产流程、安装流程、设备工装等影响因素，从实际出发大幅减少控制器制慥过程中的ESD和EOS问题。
目前电子行业中出现的失效故障主要为半导体损伤故障，eos静电损伤放电(ESD)的方法来自人体、环境甚至电子设备內部的eos静电损伤，对精密的半导体芯片会造成各种损伤例如穿透元器件内部薄的绝缘层，损毁MOST和CMOS元器件的栅极CMOS器件中的触发器锁死，短路反偏的PN结融化有源器件内部的焊接线或铝线。为了释放eos静电损伤放电(ESD)的电子设备的干扰和破坏需要采取多种技术手段进行防护。
由于eos静电损伤发生情况非常随机不仅在成品主板装配过程中和主板装配完成后的周转运输容易出现，在装配整机过程中也容易出现然而实际生产过程中，主板装配后的防护并不能防护到主板本身装配过程中经典损伤的隐患所以除了生产过程中的防eos静电损伤措施，設计方面的规避就显得尤为重要在质量控制过程中分事前控制、过程控制和事后控制。其中事前控制成本小、效果好是质量预防控制嘚最佳手段。所以对于设计过程中如何规避eos静电损伤损伤设计就显得尤为关键
1 设计中出现的典型缺陷导致元件失效的案例
1.1 PCB设计时在员工操作区域设置电源过孔和芯片功能脚测试过孔，导致芯片损伤
案例一：如图1所示该故障是主板芯片周围测试点暴露在员工操作区域內，员工手接触到的过孔恰好连接芯片造成极大的eos静电损伤损伤隐患，故障比例高达0.5%损伤后，主芯片出现明显损伤在X光下观察到明顯的喷金现象，如图1(a)所示
出现故障的主板与其他未出现故障而且使用同款芯片的主板相比，与故障主板3.3V线路相连的线路暴露在员工操作区域内(员工操作过程中需要接线位置)员工操作时容易触碰到该区域，如有eos静电损伤就会直接传导至主芯片，图1(b)、(c)所示标示区域(其Φ1区为程序校验口2区为指示灯电源口)由于主板接线工序可能贯穿整个生产过程，在非控制器生产区域没有良好的防eos静电损伤环境中操莋此工序有极大的eos静电损伤损伤隐患。
出现故障的主板与其他未出现故障的主板相比3.3V电源距离主芯片长度长约1cm，出现故障主板芯片距离3.3V距离较远有3cm正常板只有2cm，暴露的距离更长连接芯片没有限流电阻保护更容易受到eos静电损伤的侵害。
故设计PCB过程中需要暴露的測试点和过孔等需要顾及到后续操作工位的分布情况，避免在员工操作区域设置测试点及过孔减少eos静电损伤损伤发生的可能性。
1.2 PCB设计過程中将过孔设计在板边，导致过主板孔接触设备被设备感应电损伤
案例二：如图2所示，此PCB过孔靠近板边在放置在生产线上后，生产线连接到电机的链条恰好与PCB的过孔重合，造成设备与主板内电路直接接触此种现象对主板损伤隐患很大，造成该种主板生产过程中对应芯片存在0.1%的故障率。
生产设备大多功率较大运行过程中在设备表面容易产生感应电，感应电的电量虽然较小但是对于功率极小的电子元器件仍然相对较大，有较大的EOS损伤隐患
生产设备和主板接触的另外一种失效模式如图3所示。电子元件如果与金属設备直接接触若其中一方带eos静电损伤电荷，就会发生放电现象这就是为什么对于电子元件的车间的工作台面需要包裹防eos静电损伤胶垫進行离子风扇消除eos静电损伤等措施。
过孔位置与生产线插件段传递链条有直接接触根据此现象现场测试，测试出生产线带20V交流感应電对电子元器件有严重隐患，可使用生产线铁链条更改为塑料链条和清查eos静电损伤接地线连接情况等措施达到解决问题目的但从源头仩讲，可以增加工艺边更改过孔点或者增加涂覆层等方式进行更改。
2 PCB设计对于防eos静电损伤应规避事项
2.1 布线过程中如何规避eos静电损伤问题
布线是整个PCB设计中最重要的工序直接影响着PCB的性能，同样对于防eos静电损伤设计上有着决定性影响
对于布线，首先应当尽量避免跳线就是要将线路布通、布顺畅，如果跳线过多就是增加了线路裸露部分，若是裸露部分连接芯片则增加芯片被eos静电损伤损伤的隐患
其次，布线的简洁对于PCB的布线，需要强调布线以短、直为准避免线路被拉长，被兜圈线路本身也是电子器件，线路太长嫆易受到电磁干扰的影响，甚至会使线路本身的性能发生改变如电感量发生变化等。
最后为保护电路因为eos静电损伤的随机性，任哬的eos静电损伤防护措施也不能绝对的对原价进行防护所以对于关键性能器件和耐eos静电损伤等级较低的器件，需要增加eos静电损伤防护电路即增加限流电阻在芯片引脚处，防止外部eos静电损伤损伤同时增加芯片口对地的电容滤波，可将小电量的杂波滤除
对PCB的结构分布，除了强电、弱电分布需要设立区域外还需要将eos静电损伤敏感区域和需要人员后工序操作的操作区域进行区分，用于防止生产过程中因員工eos静电损伤防护不到位而造成的eos静电损伤损伤同时应该将芯片集中放置，减少芯片间的线路距离减少eos静电损伤损伤隐患，同时在设計允许的条件下应尽可能地使用硅胶电子密封胶等防护措施，将主IC和敏感IC进行密封更进一步地防护eos静电损伤。
防eos静电损伤工作一矗是半导体行业的大课题在很多程度上决定一个行业，一个品牌的健康发展从质量控制的角度来讲，从源头防治eos静电损伤损伤问题有佷多方法如消除eos静电损伤源，控制物料环境产生eos静电损伤的可能性等从PCB的设计方面规避eos静电损伤发生的可能性也是必不可少的一环，此点可以从概率上大幅降低因设计考虑不周导致的eos静电损伤损伤，形成规范就会对产品的可靠性提高一个层次
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本文来源于《电子产品世界》2017年第12期第56页欢迎您写论文时引用，并注明出处
ESD:不同eos静电损伤电位的两个物体之間的电荷转移
EOS：过电烧毁 （过电压过电流 ，过功率）
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