通用印制線路板對芯片老化工藝效率提升的研究

李小亮，何 靜

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無錫 214035）

1 前言

老煉試驗(yàn)是芯片篩選過程中必不可少的一環(huán)，目的是為了篩選或剔除那些勉強(qiáng)合格的器件。這些器件或是本身具有固有的缺陷，或是制造工藝控制不當(dāng)產(chǎn)生缺陷，這些缺陷會造成與時間和應(yīng)力有關(guān)的失效。因此，篩選時用最大額定工作條件或在最大額定工作條件上對微電路施加應(yīng)力，或施加能以相等或更高的靈敏度揭示出隨時間和應(yīng)力變化的失效模式的等效篩選條件。

在實(shí)際的老煉試驗(yàn)過程中，我們會發(fā)現(xiàn)有許多同一系列的器件，它們具有相同的封裝，類似的輸入輸出管腳以及相同的電源和地，區(qū)別可能只是電路的功能不同。針對這一系列器件，我們探究能不能有一種方法可以適應(yīng)具有任意電路功能的同一系列器件，而無需重新制作老化印制電路板，這樣不僅能夠提升老化印制電路板的使用效率，簡化加電流程，而且能節(jié)省很大一部分的硬件加工成本，這對老煉試驗(yàn)操作性和可控性的提升有重要的意義。

2 通用印制老化板實(shí)現(xiàn)方法

目前有許多SOP封裝、DIP封裝的集成電路以及部分分立器件待做老練試驗(yàn)，大部分都具有相同的封裝、相同的電源和地，所以探尋一種可以通用的加電方法就成為可能。

2.1 固定線路

對同一功能的電路，因外圍線路相同，可以設(shè)計同一款老煉印制板，只需要根據(jù)不同的封裝配置不同的轉(zhuǎn)接小板，就可以實(shí)現(xiàn)對不同封裝的芯片進(jìn)行老煉。實(shí)際加電過程中發(fā)現(xiàn)多次插拔之后，轉(zhuǎn)接板的接插件會與底座接觸不良，加電過程中對電路存在安全隱患，且換下之后的插座不易保存。

2.2 固定插座

固化線路方法的弊端顯而易見，那么固定插座、靈活地轉(zhuǎn)換線路似乎是解決問題的出路，我們進(jìn)一步研究了如何對線路進(jìn)行靈活配置。

2.2.1 印制板的研究

要找到能夠通用的加電方法，首先要對我們目前的加電印制模板進(jìn)行研究。印制板通過金手指輸入信號，金手指分為兩部分，其中VCC、VMUX為輸入高電平，VEE為輸入低電平，SA、SB為模擬信號輸入，C01～C64為數(shù)字信號輸入，GND為地，如圖1和圖2所示。我們所需的絕大部分輸入信號都是數(shù)字信號，即只要使用好C01～C64這64個金手指就可以滿足電路信號的輸入需求。

圖1 金手指示意圖（一）

圖2 金手指示意圖（二）

2.2.2 芯片功能研究

我們對大部分54/74系列芯片進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)無論芯片功能如何變化，電源和地腳都在固定的位置，如圖3所示。

根據(jù)這一特質(zhì)，我們在設(shè)計通用板時可以使新芯片的電源和地腳對應(yīng)上印制板金手指的電源和地，即固定下這兩端，其余端口都可以視為輸入輸出，圖4為電路老化外圍線路示意圖，VCC段可以加一個限流電阻保護(hù)電路以及一個濾波電容濾除雜波，其余端口為信號輸入輸出端口，接1 kΩ電阻可以消除信號源的過沖，使得芯片管腳端得到的信號為平穩(wěn)的信號，當(dāng)為高頻信號時可以適當(dāng)減小阻值，以減小失真。

圖3 不同型號芯片示意圖

圖4 外圍線路示意圖

如何控制信號端口是能否實(shí)現(xiàn)印制板通用的關(guān)鍵問題。在實(shí)際應(yīng)用中，不同型號的芯片管腳功能各不相同，如圖5所示。

2.2.3 信號端口的控制

我們看到每個管腳都有相應(yīng)的輸入輸出功能，不能進(jìn)行統(tǒng)一的固化，這時就需要有一個靈活的控制器以適應(yīng)不同的需求。

圖6為母板的PCB封裝圖，A面為輸出端口，B面為輸入端口，我們在設(shè)計時每一面放有32個接口，已完全能夠滿足當(dāng)前的使用，因老化板金手指有64個通道，所以理論上通道數(shù)量只要小于64即可（包括64個），信號從金手指輸入，連接到B面，經(jīng)過子板，再從A面輸出。

圖5 電路功能圖示例

圖6 母板圖

圖7 子板圖

子板為一個小的跳線板，如圖7所示，下部為金手指，作為與母板的連接端口，即插即用，方便易行，上部可以根據(jù)芯片的不同功能進(jìn)行不同的連線，這樣同系列封裝的芯片老化時，只需要改變子板的連線即可，不需要再制作新的老化板，在節(jié)約測試硬件成本的同時，也大大提升了產(chǎn)線上對芯片加電老化的效率。

圖8 母板成品圖

3 結(jié)果與討論

本文討論了現(xiàn)階段同封裝芯片加電老化的兩種方法，即固定線路和固定插座，它們的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，固定插座的方法不僅適用范圍廣、穩(wěn)定性強(qiáng)，且具有更好的操作性。

我們具體以54/74系列芯片為例，目前已經(jīng)制作成功通用板有21種，如表2所示。

以20個品種為例來統(tǒng)計硬件成本，如表3所示。

表2 SOP/DIP系列通用板

表3 硬件費(fèi)用對比

從表3中可以發(fā)現(xiàn)，用通用板加電老化僅僅節(jié)省的硬件成本就達(dá)到四萬多元，且正常的老化板設(shè)計加工周期在10天左右，這樣一來，我們至少節(jié)省了篩選流程10天左右的時間，大大提升了效率。

目前通用板的應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到很多小封裝芯片，除SOP和DIP系列封裝外還延伸到如CFP14、CFP20、TO-263、SMB、SOT23-6 等三十余種封裝類型，所涉及的芯片型號達(dá)幾百種，節(jié)省的費(fèi)用也越來越可觀，圖9為通用SOP20-1.27-7.8老煉板成品圖，腳間距1.27 mm，芯片橫跨度7.8 mm。

圖9 SOP20-1.27-7.8通用老煉板成品圖

4 結(jié)論

芯片篩選的需求不斷擴(kuò)大，而老煉作為篩選過程中必不可少的一環(huán)，面對數(shù)量繁多的篩選芯片，無節(jié)制地制作新板不僅會造成資源的浪費(fèi)，增加成本壓力，而且會增加保存以及加電的風(fēng)險。通用板的設(shè)計解決了以上問題，在未來的老煉測試領(lǐng)域一定會得到越來越廣泛的應(yīng)用。