翻新電子元器件導致儀器故障的案例分析

陳靜 劉桐瑞 賀飛 鄒金林

1 安圖實驗儀器（鄭州）有限公司 （河南 鄭州 450016）2 鄭州外國語新楓楊學校 （河南 鄭州 450001）3 廣州然因普電子科技有限公司 （廣東 廣州 510663）

集成電路是電路板的主要電子元器件，其質量好壞直接影響電路板的可靠性。目前集成電路多為塑封器件，由于更新速度快、采購困難等原因，造成市場上塑封器件管理混亂，假冒翻新器件泛濫。翻新過程中的應力會對器件造成潛在損傷，若使用這些器件將影響電路板可靠性，導致電路板故障率升高[1]。市場上器件翻新主要有三個目的：一是為了以舊的拆機件冒充新器件，磨去拆機件表面的批號信息，進行重新標識；二是為了將同型號、低等級的器件標識成高等級的器件；三是為了將其他低價值或低品牌知名度的器件翻新后假冒為更有經(jīng)濟價值的器件。

本文案例展示了電子元器件翻新導致儀器內置打印功能失效的具體表現(xiàn)、失效IC分析的一般步驟及方法，對IC翻新假冒檢驗判定及故障分析有一定的指導意義。

1.故障現(xiàn)象

某儀器研發(fā)階段，30塊打印控制電路板功能檢測時，故障率為32.3%。具體故障表現(xiàn)：檢測打印控制電路板的打印功能時，通過串口調試助手發(fā)送打印命令，但打印機不工作。

2.故障分析

2.1 故障定位

電路板上打印機控制部分原理框圖如圖1所示，打印機連接J3插座。正常工作流程：串口調試助手發(fā)送打印命令，主控器件STC11F16XE接收串口命令后，輸出電機驅動信號MOT-1～MOT-4，與PWM信號與非運算后，輸入打印機驅動器LB1836型器件，最后由LB1836型器件輸出打印機電機驅動信號A/-A/B/-B，打印機開始工作。

故障定位時，首先對比測試良品與故障品打印機接口所有電信號波形，確定異常信號管腳。比較測試結果，異常信號集中分布在A/-A/B/-B信號，不固定于某個管腳，共性表現(xiàn)為無信號輸出。正常信號波形見圖2。

A/-A/B/-B信號通路上共8個節(jié)點，見圖1中紅色數(shù)字標識。采用信號追蹤法，定位信號斷開點。結果顯示2與3間信號斷開，由此推斷故障點在LB1836型器件部分。

圖1. 打印機控制原理框圖

圖2. LB1836輸出波形

將正常電路板與故障電路板上此器件交叉驗證，結果顯示故障跟隨器件轉移，將疑似失效器件換裝到正常電路板后出現(xiàn)同樣異?，F(xiàn)象，另將好品器件安裝到故障電路板后功能恢復正常。由此可知，LB1836型器件失效導致電路板功能喪失。

2.2 LB1836失效分析

2.2.1 外觀形貌觀察

使用立體顯微鏡觀察失效器件的外觀形貌，可見明顯打磨痕跡，如圖3。

圖3. IC表面打磨痕跡形貌一

為判斷此器件的翻新是個例，還是批次性問題，排查此批次30塊電路板，同時觀察此供應商提供的剩余100pcs此型號器件的外觀，結果表明此批器件樣品表面均有打磨痕跡，典型形貌如圖4。其中一只樣品表面，由于打磨應力過大導致產(chǎn)生明顯裂紋，如圖5。

圖4. IC表面打磨痕跡形貌二

圖5. IC表面打磨裂紋

據(jù)此可判斷，此供應商提供的此型號器件翻新是批次性問題。

但此批器件的打磨是同型號器件翻新，還是其他器件假冒；以及此批器件的表面打磨與失效表現(xiàn)之間是否有直接關聯(lián)，需要進一步解剖分析。

2.2.2 IV特性

利用圖示儀測試失效器件的管腳對地特性，正常曲線呈現(xiàn)單向二極管特性曲線特征，水平方向為電壓V，垂直方向為電流I，如圖6[2]。測試結果顯示，失效樣品某些管腳特性曲線為水平直線，如圖7，即無論電壓為何值，電流值均為零，即對地開路。

對失效樣品的所有管腳測試結果統(tǒng)計得知，異常管腳不固定于某個管腳，PIN6對地（樣品1）開路及PIN9對地（樣品2）開路。這與器件無法輸出信號的外在失效表現(xiàn)存在一一對應關系。

圖6. 正常管腳IV特性曲線

圖7. 開路管腳IV特性曲線

圖8. X-ray掃描圖像

2.2.3 X-ray掃描

利用X-ray設備對失效樣品封裝內部的金屬部件成像，未發(fā)現(xiàn)金線斷裂、鍵合點脫落異常[3]。說明器件封裝結構完整，如圖8。

2.2.4 C-SAM掃描

利用超聲波掃描顯微鏡C-SAM設備對失效器件封裝內部三個界面掃描成像，未發(fā)現(xiàn)三個關鍵界面的分層[3]。說明器件的不同封裝材料與結構間未出現(xiàn)嚴重分離。（注：三個界面分別指芯片上表面與塑封材料間的界面、外引線支架與塑封材料間的界面、芯片背面與基座間的界面[4]）。

2.2.5 IC開封

采用化學開封方法去除器件的塑料封裝材料，使用立體顯微鏡和金相顯微鏡觀察器件內部芯片，未觀察到異常，如圖9。內部芯片型號標識與實際一致，如圖10。

圖9. 開封后內部形貌

圖10. 內部芯片型號標識

2.2.6 切片

針對IV曲線異常樣品進一步側面切片制樣，使用SEM觀察到，不同器件內部均存在芯片開裂現(xiàn)象，裂紋存在于PIN6（樣品1）正下方芯片本體、PIN9（樣品2）周圍芯片本體，呈現(xiàn)不固定部位特征，明顯為翻新打磨過程中控制不當，過大的剪切力造成內部芯片開裂，典型裂紋見圖11。

圖11. 芯片本體裂紋形貌

結果顯示，切片觀察到的開裂部位對應管腳與IV測試開路管腳存在一一對應關系。

2.2.7 結果分析

由IV特性測試結果分析得知，失效樣品的異常管腳呈開路特性，證明異常管腳與地管腳在器件內部存在開路點。綜合分析X-ray、C-SAM和切片后SEM掃描結果，可判斷由于異常管腳周圍芯片本體開裂，導致管腳與地間形成開路點。

對器件上表面打磨是器件翻新或假冒時的常用手段。由分析結果可知，LB1836型器件失效樣品表面存在明顯打磨痕跡及裂紋，但器件內部芯片型號標識與器件型號相符，由此可判斷失效器件為翻新器件，非假冒器件。器件本體開裂一般為器件翻新打磨過程中，剪切力過大導致。

綜上分析，由于LB1836型器件在翻新過程中，打磨時的機械應力過大導致芯片本體開裂，芯片上有源區(qū)或布線層局部斷開，管腳間開路，導致此器件失效，無法驅動打印機正常工作。

2.2.8 結論

故障電路板上所使用LB1836型器件為翻新器件。器件在翻新過程中機械應力過大導致芯片本體開裂，管腳間開路，器件失效，無法驅動打印機正常工作。

3.小結

由于多次回流、無靜電防護、打磨損傷器件內部結構等問題，導致翻新假冒器件可靠性大幅降低，嚴重影響整機產(chǎn)品的可靠性水平，電子元器件使用方需重點關注此方面。

外觀檢查是判斷器件是否為翻新假冒產(chǎn)品的重要方法之一。

借助立體顯微鏡檢查IC外觀，打磨痕跡、封裝邊緣陡峭、引腳光亮、定位孔較淺、印字模糊或深淺不一等外觀形貌可初步判斷器件可能為翻新假冒器件。若在外觀檢查中，不能獲取肯定證據(jù)，還可通過電測、X-ray、C-SAM、開封后器件內部觀察和側面研磨等手段做進一步驗證。

另外，針對IC翻新假冒失效案例分析，失效信息收集與分析也是重要的一個方面，包括失效率的高低、失效發(fā)生的階段、貨源渠道信息等，均需要關注，可從側面對分析判斷做出佐證。

失效分析通常需要將失效信息、故障定位、電性分析、物理分析、微觀分析的結果做綜合判斷，最后確定其失效機理及原因，獲得產(chǎn)品改進的建議，避免類似失效的發(fā)生，提高產(chǎn)品的可靠性[5]。

[1]周帥,彭澤亞.假冒翻新塑封器件鑒別的方法和程序[J].中國測試,2015,41(zl):120-123.

[2]車羿.失效分析在半導體制造中的原理及應用[D].天津大學,2009.

[3]恩云飛,羅宏偉,來萍.電子元器件失效分析及技術發(fā)展[J].失效分析與預防,2006,1(1):40-42.

[4]許海漸,陳洪芳,朱錦輝,等.塑料封裝集成電路分層淺析及改善研究[J].電子與封裝,2012,12(10):3-6.

[5]梁惠來,張國強.IC失效分析方法的研究[J].電子檢測技術,2006,29(4):168-169.