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在電路板卡的失效根因分析過程中，經(jīng)過失效機理分析后，一般會采用影響因素驗證的方法，對可能引起電路失效的外部和內(nèi)部原因進(jìn)行討論和試驗激發(fā)，并得到最終的失效原因。其中，電路內(nèi)部的影響因素通常與部分關(guān)鍵器件存在緊密聯(lián)系，這就要求我們對電路中每個單元、每個關(guān)鍵器件的功能和失效影響有充分的了解。

基于電路的工作原理，結(jié)合失效背景信息和典型的失效模式，對引起電路失效的可能因素進(jìn)行分析，是推動失效機理分析和影響因素驗證工作開展的重要環(huán)節(jié)，如圖1所示。本文以圖騰柱驅(qū)動電路為例，針對電路無法輸出高電平的失效表現(xiàn)，基于電路分析，得到失效的可能因素，為根因分析工作的開展打下基礎(chǔ)。

圖1 根因分析流程與影響因素分析的關(guān)系

1 電路分析

圖2為圖騰柱驅(qū)動電路。該電路一般接收來自光耦、變壓器等的副邊信號，輸出經(jīng)過電流放大的驅(qū)動信號。

在外接負(fù)載的情況下，當(dāng)輸入高電平時，上管Q1飽和導(dǎo)通，下管Q2截止。此時，二極管D2正向?qū)ǎ?fù)載電流通過Q1對功率MOS管（Q3）的柵極電容充電。在Q3逐漸導(dǎo)通的過程中，D2陽極的電壓降低而進(jìn)入反向關(guān)斷狀態(tài)，此時電容C1充當(dāng)電源，繼續(xù)為Q3提供驅(qū)動電流。在開通的最后階段，Q3柵極電流下降到0。D1可為Q3柵極提供鉗位保護(hù)，防止擊穿。R1的功能是在輸入電流接近于0時，將Q3的柵極電壓繼續(xù)拉高至輸入信號的高電平電壓。

圖2 圖騰柱驅(qū)動電路

2. 引起失效的影響因素分析

由上述分析可知，晶體管Q1、Q2、二極管D1、D2、電容器C1和電阻器R2是電路輸出高電平的關(guān)鍵器件。若電路出現(xiàn)無法輸出高電平的故障，則應(yīng)重點考慮是否由這些器件的某些失效所引起，其失效影響因素分析示意見圖3。

根據(jù)失效因素分析結(jié)果，可以提前根據(jù)電路故障模式進(jìn)行判斷，有針對性地對可能原因X1～X6進(jìn)行排查，快速分析出失效機理。然后，再結(jié)合失效背景信息，對該分析結(jié)果做進(jìn)一步的細(xì)化，確定相關(guān)的外部因素。

圖3 失效影響因素分析（無法輸出高電平故障）

3 案例與后續(xù)工作

某款圖騰柱驅(qū)動電路模塊長期工作于濕熱環(huán)境中，其常見的失效模式為無法輸出高電平，其電路結(jié)構(gòu)與圖2類似。根據(jù)圖3，對各關(guān)鍵器件的I-V特性逐一進(jìn)行排查，確定失效樣品的二極管D2反向漏電失效。

外部目檢可見D2內(nèi)部電極臟污變色，見圖4。將D2開封后觀察，發(fā)現(xiàn)芯片邊緣附著銅屑，焊點上可檢測到氯元素，周圍存在銀遷移現(xiàn)象，見圖5。二極管在濕熱環(huán)境中易于遭受水汽侵入，銀焊料發(fā)生電化學(xué)遷移，且由于電極金屬受到腐蝕脫落后附著在芯片邊緣，在二極管陰極與陽極之間形成搭接，導(dǎo)致反向漏電增大，造成圖騰柱驅(qū)動電路無法輸出高電平。

結(jié)合背景信息，可知樣品的失效原因與濕熱的環(huán)境條件密切相關(guān)。因此除了針對D2進(jìn)行分析外，還要注意到D1、R2等同樣是易于因水汽侵入而失效的器件。對它們的退化情況進(jìn)行對比分析，才能提出有效的改進(jìn)措施，全面地解決問題，如圖6所示。

圖4 模塊F1#中二極管D2外觀形貌              圖5 模塊F1#中二極管D2芯片形貌

圖6 基于失效機理的進(jìn)一步分析，高亮所示機理與濕熱環(huán)境直接相關(guān)

圖7 模塊F1#中電阻R2外觀形貌 圖8 模塊F1#中R2內(nèi)部電阻膜形貌

根據(jù)圖6，對F1#中器件進(jìn)行進(jìn)一步排查，發(fā)現(xiàn)R2的電阻值比標(biāo)稱值偏大10%。目檢顯示其外保護(hù)層存在裂紋，開封后確認(rèn)其電阻膜形貌呈現(xiàn)腐蝕、脫落特征，如圖7、圖8所示。說明電阻R2存在參數(shù)漂移的退化特征，雖然尚未達(dá)到造成電路失效的程度，但也存在導(dǎo)致電路無法輸出高電平的風(fēng)險。

因此，在濕熱環(huán)境下，器件由于水汽侵入而發(fā)生銀遷移、腐蝕等失效，是該電路出現(xiàn)故障的主要風(fēng)險。下一步可利用潮熱試驗、鹽霧試驗等手段，開展影響因素驗證工作，并對失效率較高的器件提出整改建議。

4 小結(jié)

通過失效影響因素分析，不僅能夠快速定位電路中的失效器件及其失效模式，還可結(jié)合具體失效機理，進(jìn)一步分析其他器件的失效風(fēng)險，有助于根因分析的后續(xù)工作開展。