KID65783AP顯示IC的失效分析與研究

王少輝　項永金

摘要：柜機(jī)空調(diào)顯示板在廠內(nèi)生產(chǎn)過程與售后出現(xiàn)大量失效，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為顯示多劃、混亂、LED燈異常點亮等。經(jīng)過分析為KID65783AP顯示IC失效導(dǎo)致，失效模式為1腳對Vcc屬性異常或其他引腳對Vcc屬性異常。失效芯片經(jīng)分析為部分管腳ESD損傷，以及部分管腳漏電流偏大。本文結(jié)合顯示驅(qū)動IC的失效機(jī)理，失效電路，對顯示驅(qū)動IC產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化更改，提高顯示驅(qū)動IC的ESD（MM）水平。產(chǎn)品同時導(dǎo)入漏電流的測試，從顯示IC產(chǎn)品本身測試篩選提高可靠性。

關(guān)鍵詞：顯示驅(qū)動IC; ESD損傷;漏電流;晶圓設(shè)計;可靠性

0引言

顯示界面比較簡單的場合，常采用LED作為顯示屏，主要是LED本身可發(fā)光，壽命長，價格低，且驅(qū)動簡單。LED顯示屏被大量應(yīng)用于空調(diào)顯示板，使用顯示效果較好。驅(qū)動LED發(fā)光二極管采用顯示驅(qū)動芯片，可以實現(xiàn)多段驅(qū)動，價格低，驅(qū)動方式簡單。顯示芯片失效后，會導(dǎo)致出現(xiàn)顯示混亂，使整機(jī)無法正常顯示，對整機(jī)使用效果影響較大，因此研究驅(qū)動顯示IC的失效模式、失效機(jī)理非常重要。

1 事件背景

家用柜機(jī)空調(diào)顯示板在廠內(nèi)生產(chǎn)，以及售后故障失效突出。統(tǒng)計廠內(nèi)直接在生產(chǎn)測試中出現(xiàn)故障，售后使用失效時間也較短。故障現(xiàn)象表現(xiàn)為顯示混亂，對故障件進(jìn)行復(fù)核分析，均為內(nèi)機(jī)顯示板顯示驅(qū)動IC失效，已嚴(yán)重影響空調(diào)售后故障率，顯示驅(qū)動IC失效問題急需進(jìn)行分析解決。

2 失效原因及失效機(jī)理分析

KID65783AP顯示IC失效，如圖1所示，廠內(nèi)主要是顯示IC不同管腳短路，阻值變小，售后失效故障品也伴隨主控芯片失效。從外觀檢查，售后失效故障品P板均有燒黃。開封查看晶圓內(nèi)部不同管腳間均有過電擊穿損傷痕跡。

失效模式主要有兩種，一種是不同管腳對地與電源腳電阻值小，有的測試近似短路狀態(tài)，主要表現(xiàn)故障為缺劃、多劃等;另一種為芯片管腳反向漏電流偏大，表現(xiàn)故障為燈微亮。

2.1 管腳值小或短路

故障顯示板全屏顯示，查看3個顯示筆段缺劃，故障如下圖2所示，測試對應(yīng)顯示驅(qū)動芯片管腳均有損傷。此故障在廠內(nèi)與售后均有失效，失效故障模式相同，均為不同管腳內(nèi)部晶圓過電損傷。

部分故障品測試為電源腳或地腳，對輸入或輸出腳阻值小，或接近短路狀態(tài)。如下圖3所示，此單故障品電源腳（9腳）與輸入腳（1腳）阻值小，正常品為MQ級，不良品在歐級已接近短路狀態(tài)。PINI-9短路，對應(yīng)原理圖為芯片內(nèi)部的D1二極管短路。

對故障品晶圓開封，去除表面封裝樹脂，開封發(fā)現(xiàn)PINI對Vcc線路上的二極管出現(xiàn)擊穿損傷點，如下圖4所示。

2.2 管腳漏電流偏大

單個芯片測試性能無異常，故障品主要在廠內(nèi)失效，如圖5所示，顯示板關(guān)機(jī)后會有部分筆段發(fā)光二極管顯示微亮。

失效故障品表現(xiàn)為Vcc-IN7出現(xiàn)50 μA左右的漏電流（規(guī)格書對Vcc-IN漏電流未做規(guī)定），如下圖6、圖7所示為芯片內(nèi)部對應(yīng)失效點。

正常品的Vcc對INI-6端口反向漏電流幾乎是為0，如圖8所示QT2半導(dǎo)體特性曲線對比。從I/O特性判斷并非是EOS/ESD原因，晶圓本身的原因不能排除。

3 電路設(shè)計核查分析

具體顯示驅(qū)動芯片驅(qū)動電路如圖9所示，用來驅(qū)動數(shù)碼管與發(fā)光二極管點亮，驅(qū)動電壓5-12 V，驅(qū)動電壓較低。主控芯片傳輸高低電平信號到U103顯示芯片，顯示芯片根據(jù)主控信號輸出電壓控制不同的發(fā)光二極管點亮，實現(xiàn)正常的顯示功能。

4 失效解決方案

從產(chǎn)品設(shè)計本身提高耐電壓能力，使產(chǎn)品各項性能提高，可靠性增強(qiáng)。對產(chǎn)品篩選檢驗測試增加新的管控項目，強(qiáng)化產(chǎn)品的測試篩選。

4.1 導(dǎo)入漏電流測試

廠家對出廠產(chǎn)品檢測方法進(jìn)行強(qiáng)化改善，增加管腳的漏電流的測試，增加輸入輸出電流法檢測，對器件管腳進(jìn)行檢測，避免因廠家檢測問題導(dǎo)致故障品流入我司。

在輸出端與輸入端端子間追加漏電流測試項目，晶圓狀態(tài)有問題，可以有效檢出。具體如表1、圖10、圖11所示。

4.1.2輸出端耐電壓檢測

由于故障品為EOS損傷，損傷點為輸出端對地漏電流偏大，對現(xiàn)有測試項目強(qiáng)化，對各輸出端增加耐電壓檢測項目。測定條件和方法：各channel的Vcc一OUTLeak。具體測試條件如表2、圖12、圖13。

4.2 提高晶圓的抗靜電能力

通過改變晶圓的內(nèi)部的間隙來提高晶圓的抗靜電能力，主要擴(kuò)大如圖14所示6個位置的間距。導(dǎo)入優(yōu)化晶圓設(shè)計，將失效區(qū)晶圓內(nèi)部區(qū)域間距放大，提高本體的ESD（MM）水平。如圖14、表3所示，改善之后晶圓抗靜電耐壓能力明顯提高。

5 失效整改總結(jié)及意義

確認(rèn)芯片失效為廠家本身產(chǎn)品設(shè)計，以及篩選不良，在我司使用出現(xiàn)故障。通過改變失效位置晶圓內(nèi)部的電氣間隙，提高晶圓的耐壓。增加輸入與輸出端的漏電流測試，以及耐電壓測試，可有效的提高產(chǎn)品本身的抗靜電能力，且更好的對產(chǎn)品進(jìn)行篩選。本文從KID65783AP顯示IC的失效原因，以及失效機(jī)理、應(yīng)用電路等多方面進(jìn)行分析，提高了芯片本身的抗靜電能力，售后整改效果顯著。

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