不同品牌、同型号集成电路一样吗?

一、前言

   最近收到客户二个IEEE1394B总线接口器件,客户希望帮助他们分析一下这二种集成电路大的差异。这二个集成电路分别属于二个品牌的厂家生产,其中一个集成电路(以下称A)他们一直在用没有问题,另外一个集成电路(以下称B)是半年前采购其他品牌的集成电路,使用一段时间后发现使用B器件的电子产品会出现偶发故障,虽然出现的概率很低,但是对于客户的产品而言也是绝对不允许的。客户已经对这个二个品牌的器件都进行了大量的通电测试,二个品牌的器件功能和参数没有明显的差异和问题,客户希望我们特有的测试手段找到偶发、间歇故障的真实原因。

   拿到二个品牌的器件后,我针对客户所描述的情况,决定使用非加电的测试方法(即三维立体V-I-F动态阻抗测试)对二个品牌的器件的样品进行全频域动态阻抗扫描分析测试。

测试方法:

1、三维立体V-I-F动态阻抗测试法对接地(参考点)测试

2、矩阵测试法测试(管脚间相互参考)

二、测试原理

首先介绍一下非加电测试方法原理:

   V-I曲线测试(模拟特征分析)是一种不加电的故障诊断技术,指的是在被测器件或电路板不接通电源的情况下,对板上被测器件的引脚施加一个限流的正弦激励信号,观察由此产生的电流信号(VI曲线)。VI曲线的形状由被测节点之间的特性阻抗所决定,通过对比好、坏器件上相同管脚之间的VI曲线,可发现特性阻抗发生改变的管脚,其通常为引发故障的地方。

使用专用测试设备对集成电路的各个管脚进行二维、三维阻抗测试原理图


    三维立体V-I-F动态阻抗测试是在V-I测试的基础上增加自动扫频、全频域阻抗扫描功能,一些对频率要求较高的器件,测试扫描频率的变化更能直观的表现出来差异。下图为测量同一个电容器件的二维和三维的对比图:

                                              二维V-I测试曲线测试图

                              三维立体V-I-F动态阻抗测试曲线图


三、二个品牌的器件(IEEE1394B总线接口)技术资料如下:

1、被测器件是IEEE1394B总线接口器件,共送二种器件。其中A进口品牌器件,B器件为国产品牌,二个器件原理框图如下:

说明二个品牌的器件功能完全一致。

                                                      A进口器件

                                                     B国产器件

2、二个品牌的器件管脚排列编号及功能定义完全一致:


四、使用三维立体V-I-F动态阻抗测试法对接地(参考点)测试

(一)测试结果

    测试保存A器件所有管脚对GND管脚的V-I-F曲线图,以A器件曲线图为标准,然后测试B器件所有管脚曲线图,软件会自动将二个器件的曲线叠加后进行相似度的比较。图中蓝色曲线为A器件,桔黄色曲线为B器件,具体结果如下:(如图所示)

1、所有管脚对比图一览:

                使用专用测试设备对集成电路各个管脚进行测试的三维曲线图

2、出现差异的 第6、11脚对接地(参考点)对比图:

                         出现差异的 第6脚对接地(参考点)对比图

                            出现差异的 第11脚对接地(参考点)对比图

3、出现差异的第14、15脚对接地(参考点)对比图:

                       出现差异的第14脚对接地(参考点)对比图

                                 出现差异的第15脚对接地(参考点)对比图

4、出现差异的第16脚对接地(参考点)对比图:(差异较小、阻抗趋势相似):

        出现差异的第16脚对接地(参考点)对比图:(差异较小、阻抗趋势相似)

(二)测试结果分析

         通过测试对比结果来看,主要存在差异的管脚为:6、11、14、15、16五个管脚。其中6、11管脚是一种开路与低阻特征图形,14、15管脚是一种符合二极管与电容特性图形,16管脚是一种二极管与电感特征图形。首先我们先分析6、11管脚。从曲线图形上看,A器件(蓝色曲线)是平行于X轴的一条直线(在V-I测试中代表开路或高阻特征曲线),表明A器件的6、11脚对GND脚是开路的; 同样再看B器件(黄色曲线)是靠近Y轴的一条斜线(在V-I测试中代表小电阻特征曲线),这类曲线越靠近Y轴表示电阻越小,经过万用表量测6、11脚对GND脚的电阻值为95.1Ω。对照器件管脚功能看,6、11管脚是 Null即不使用不连接管脚,同样功能的还有器件的1脚,而1脚的曲线A、B二颗器件都是开路特征,由此我们可以看出对于空置管脚的处理上A、B二个器件的厂家处理工艺完全不同。


五、使用矩阵测试法测试(管脚间相互参考)

(一)测试结果:

为了更清楚的了解,我们对二个器件进行了矩阵V-I测试(所有管脚之间的VI曲线测试),以下是1、6、11管脚的矩阵图:

1)1脚对其他管脚V-I曲线:

                                      A集成电路 1脚对其他管脚V-I曲线

                                        B集成电路 1脚对其他管脚V-I曲线

    2)6脚对其他管脚V-I曲线:

                                          A集成电路6脚对其他管脚V-I曲线

                                              B集成电路6脚对其他管脚V-I曲线

   3)11脚对其他管脚V-I曲线:

                                   A集成电路11脚对其他管脚V-I曲线

                                              B集成电路11脚对其他管脚V-I曲线

(二)测试结果分析:

1、参见二个品牌管脚功能定义列表:1/6/11管脚功能完全一致。

2、通过上述测试,我们得到了更清晰的结果。二个器件的1脚对其他管脚都是开路(高阻)特征,而6、11脚出现了巨大差异。A器件的1、6、11脚对所有管脚都是开路(高阻)特征,而B器件的6、11脚之间是短路状态,6、11脚对GND(2,3,12,13管脚为地)管脚呈现低阻特征,对14、15、16管脚呈现复合型阻抗曲线特征。

六、找出故障原因:

根据上述测试结果分析,找到了客户器件故障的重要原因:

1、B品牌器件的三个空脚有二个是短路的,而且这二个空脚对GND、VCC、D1、D1/管脚都有连接,当器件在通电工作状态下,这二个空脚就会成为干扰信号的采集器,将感应到的干扰信号引入到与它们相关联的管脚,从而造成各种不可预测的偶发、间歇性故障。

                           A和B器件出现差异的 第6脚对接地(参考点)对比图

                        A和B器件出现差异的 第11脚对接地(参考点)对比图

2、从三维曲线图中可以看出,随着测试信号频率的增加,A器件曲线没有发生明显变化,基本呈现电阻与二极管的复合特征,B器件则在正电压区域呈现明显的电容特征。14、15管脚是发送器差分输入端,这二个管脚的明显电容特征会导致数字信号脉冲的上升沿时间变长,这对于1394B这种低延时高速率总线来说是一个比较严重的问题,会增加数据传输的误码率,由此我们找到了客户故障的另一部分原因。

                           A和B器件出现差异的 第14脚对接地(参考点)对比图

                        A和B器件出现差异的 第15脚对接地(参考点)对比图

七、测试总结:

    通过测试对比,我们可以发现同功能不同品牌的器件可能存在很大的差异。大家习惯关注器件的功能好坏,而对设计和工艺有所疏忽,进而造成很多产品后续的质量问题。因此,我们需要更多更完善的测试手段来检测器件,三维立体V-I-F特征曲线测试是集成电路测试、筛选、失效分析的一种行之有效的手段。

综上得出结论如下:

二个品牌对空置管脚的处理方法与工艺完全不同;通常情况下,空置管脚应该与其他功能管脚完全隔离。

仅仅进行器件的功能测试并不能完全解决器件的测试问题,完整的解决方案就是在功能、参数测试的基础上增加三维动态阻抗测试。

智联航-电路板故障检测专家 www.test.net.cn/article-detail/NjDknjjb