通用印制线路板对芯片老化工艺效率提升的研究

2018-10-27李小亮

电子与封装 2018年10期

李小亮，何静

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏无锡 214035）

1 前言

老炼试验是芯片筛选过程中必不可少的一环，目的是为了筛选或剔除那些勉强合格的器件。这些器件或是本身具有固有的缺陷，或是制造工艺控制不当产生缺陷，这些缺陷会造成与时间和应力有关的失效。因此，筛选时用最大额定工作条件或在最大额定工作条件上对微电路施加应力，或施加能以相等或更高的灵敏度揭示出随时间和应力变化的失效模式的等效筛选条件。

在实际的老炼试验过程中，我们会发现有许多同一系列的器件，它们具有相同的封装，类似的输入输出管脚以及相同的电源和地，区别可能只是电路的功能不同。针对这一系列器件，我们探究能不能有一种方法可以适应具有任意电路功能的同一系列器件，而无需重新制作老化印制电路板，这样不仅能够提升老化印制电路板的使用效率，简化加电流程，而且能节省很大一部分的硬件加工成本，这对老炼试验操作性和可控性的提升有重要的意义。

2 通用印制老化板实现方法

目前有许多SOP封装、DIP封装的集成电路以及部分分立器件待做老练试验，大部分都具有相同的封装、相同的电源和地，所以探寻一种可以通用的加电方法就成为可能。

2.1 固定线路

对同一功能的电路，因外围线路相同，可以设计同一款老炼印制板，只需要根据不同的封装配置不同的转接小板，就可以实现对不同封装的芯片进行老炼。实际加电过程中发现多次插拔之后，转接板的接插件会与底座接触不良，加电过程中对电路存在安全隐患，且换下之后的插座不易保存。

2.2 固定插座

固化线路方法的弊端显而易见，那么固定插座、灵活地转换线路似乎是解决问题的出路，我们进一步研究了如何对线路进行灵活配置。

2.2.1 印制板的研究

要找到能够通用的加电方法，首先要对我们目前的加电印制模板进行研究。印制板通过金手指输入信号，金手指分为两部分，其中VCC、VMUX为输入高电平，VEE为输入低电平，SA、SB为模拟信号输入，C01～C64为数字信号输入，GND为地，如图1和图2所示。我们所需的绝大部分输入信号都是数字信号，即只要使用好C01～C64这64个金手指就可以满足电路信号的输入需求。

图1 金手指示意图（一）

图2 金手指示意图（二）

2.2.2 芯片功能研究

我们对大部分54/74系列芯片进行研究，发现无论芯片功能如何变化，电源和地脚都在固定的位置，如图3所示。

根据这一特质，我们在设计通用板时可以使新芯片的电源和地脚对应上印制板金手指的电源和地，即固定下这两端，其余端口都可以视为输入输出，图4为电路老化外围线路示意图，VCC段可以加一个限流电阻保护电路以及一个滤波电容滤除杂波，其余端口为信号输入输出端口，接1 kΩ电阻可以消除信号源的过冲，使得芯片管脚端得到的信号为平稳的信号，当为高频信号时可以适当减小阻值，以减小失真。

图3 不同型号芯片示意图

图4 外围线路示意图

如何控制信号端口是能否实现印制板通用的关键问题。在实际应用中，不同型号的芯片管脚功能各不相同，如图5所示。

2.2.3 信号端口的控制

我们看到每个管脚都有相应的输入输出功能，不能进行统一的固化，这时就需要有一个灵活的控制器以适应不同的需求。

图6为母板的PCB封装图，A面为输出端口，B面为输入端口，我们在设计时每一面放有32个接口，已完全能够满足当前的使用，因老化板金手指有64个通道，所以理论上通道数量只要小于64即可（包括64个），信号从金手指输入，连接到B面，经过子板，再从A面输出。

图5 电路功能图示例

图6 母板图

图7 子板图

子板为一个小的跳线板，如图7所示，下部为金手指，作为与母板的连接端口，即插即用，方便易行，上部可以根据芯片的不同功能进行不同的连线，这样同系列封装的芯片老化时，只需要改变子板的连线即可，不需要再制作新的老化板，在节约测试硬件成本的同时，也大大提升了产线上对芯片加电老化的效率。

图8 母板成品图

3 结果与讨论

本文讨论了现阶段同封装芯片加电老化的两种方法，即固定线路和固定插座，它们的优缺点如表1所示。

通过对比可以发现，固定插座的方法不仅适用范围广、稳定性强，且具有更好的操作性。

我们具体以54/74系列芯片为例，目前已经制作成功通用板有21种，如表2所示。

以20个品种为例来统计硬件成本，如表3所示。

表2 SOP/DIP系列通用板

表3 硬件费用对比

从表3中可以发现，用通用板加电老化仅仅节省的硬件成本就达到四万多元，且正常的老化板设计加工周期在10天左右，这样一来，我们至少节省了筛选流程10天左右的时间，大大提升了效率。

目前通用板的应用范围已经扩展到很多小封装芯片，除SOP和DIP系列封装外还延伸到如CFP14、CFP20、TO-263、SMB、SOT23-6 等三十余种封装类型，所涉及的芯片型号达几百种，节省的费用也越来越可观，图9为通用SOP20-1.27-7.8老炼板成品图，脚间距1.27 mm，芯片横跨度7.8 mm。