IC故障排除和故障分析：查找事实并避免猜测

在对复杂设备进行故障排除时，知识为王。我们希望并且需要了解与问题相关的所有信息，包括正确的IC修订号，在哪里可以找到相关参考资料，以及谁真正知道客户现场发生了什么。IC的故障分析需要快速和适当的响应，因为当然，帮助客户是我们的主要关注点。但是，我们是否应该期望质量保证 （QA） 部门在故障分析 （FA） 期间测试所有条件下的每个参数？不，一点也不。其中太多是猜测。这可能会让一些人感到惊讶，但QA人没有水晶球，也不会读心术。只有当客户能够获得有关IC故障的精确技术信息时，才能及时有效地进行IC故障排除。

IC 的故障分析——可能会浪费时间

我们经常听到，“感知就是现实”。当IC发生故障，或者客户认为它发生故障时，我们必须通过故障分析（FA）进行响应。为了有效地做到这一点，我们必须掌握有关事件的准确、相关的信息。这是避免猜测的唯一方法。

让我谈谈不久前发生的一件事。一个零件作为故障返回，我们一无所知。我们在自动测试设备（ATE）上运行它，并对零件进行台架测试，X射线和开盖。我们在电子显微镜中用软电子淹没它，以寻找指示损坏的发射位点。我们使用液晶涂层测量其温度。部分很完美。我们没有发现失败的原因，所以QA部门在FA报告中准确地说了这一点。我们想知道，为什么返回的部件为失败？

大约两个月后，我们几乎是偶然地了解到，只有当零件加热到+60°C以上时，客户才会遇到这种故障。 我们再次开始了足协。我们在室温（+25°C）下测试了该部件，发现...无。该部件不再起作用，因为它在测试过程中被破坏了。最终，这是一次性的返回事件;它没有再次发生。但在这一集中学到了一些更重要的东西：没有关键的性能（即失败）数据，我们就是盲目和猜测。我们白白浪费了大量的时间和金钱。（请参阅附录 - 家庭前线的IC故障分析，了解古董车，接地问题和另一个故障IC的另一个更个人的故事。

质量保证徒劳的详尽练习

很多时候，故障IC损坏严重，无法确定损坏的原因。一位客户从装配承包商那里拿了一块板子回到他们的实验室设施。在那里，他们从电路板上取下了 IC，并声称 IC 出现故障。大半。客户得出的结论是：IC本身的“根本原因”。他们想要一个 FA，但故障数据在哪里？情况是否被仔细记录？什么可以防止未来的失败？我们又回到了猜测，而不是事实核查——这几乎不是有意义的FA的处方。

在本例中，客户专注于多输出器件的三个引脚。以下是我们所知道的：该部分使晶圆厂以数十亿分之几的确定性运行;它在电路中运行了几个小时才发生故障。是婴儿故障还是外部处理损坏？它是否在客户的电路中？在应用程序环境中？工厂的静电放电（ESD）是否削弱了电路，导致以后出现故障？也许是忽略ESD协议的运输职员造成的损坏？可能的因素清单似乎无穷无尽。

从客户那里收到的第一个部分原理图不是很有帮助。它既没有显示是什么驱动了故障部件，也没有显示部件需要驱动什么。当地FAE被要求检查地面。场地分开是否正确？你无法从原理图中分辨出来。我们收到了更多的原理图，但现在的问题多于答案。为什么客户只检查了众多输出中的三个？器件的任何输入或输出引脚是否以低阻抗连接到电路板引脚？电源和接地算作低阻抗连接吗？电路板引脚上的ESD可能是问题所在吗？我们还在猜测。

有效的故障分析 — 对犯罪现场进行故障排除

现在我们问，“从一开始就使用正确的信息可以完成什么？期望QA在所有条件下详尽地测试每个参数是否合理，尤其是当我们对故障一无所知时？不。我们只能帮助客户了解IC失败的原因，并且只有在充分了解应用的情况下才能纠正它。

诚然，这种方法与那些认为应该毫不拖延地执行FA的人相冲突。我听说“FA永远是要做的第一件事。在查看应用电路中的IC之前，应先查看IC的内部部件。我不明白这个想法是从哪里来的，我不同意。足协不是首要任务。相反，调查“犯罪现场”，即失败事件，是第一步。

故障地点的信息至关重要，与警方调查人员一样，我们应该竭尽全力保存现场数据。第一件事是研究应用电路中的IC，即它在哪里失效。像焊料飞溅这样简单的事情可能是答案的关键。IC可能部分运行，但并非完全失效。事实上，移除IC可能会掩盖真正的问题。

为了有效的FA，我们需要检查客户的示意图并收集故障的所有情况，原因。是的，此过程很可能面临客户的机密性问题。这是一个普遍关注的问题，这就是为什么有保密协议（NDA）的原因。这也是FAE在世界各地充当工厂的眼睛和耳朵的情况。FAE可以进入客户的设施并评估应用的原理图，布局和其他条件。为了保护客户的机密性，FAE只需要向QA发送客户设计原理图的相关部分。现在，QA终于可以使用可靠的故障数据。

一个成功的结果

回到我们的故事。当地的 FAE 在此故障问题上与客户更紧密地合作。有了更多的原理图，这就是我们所看到的很少。运算放大器连接到输出引脚，但由于采用10kΩ串联电阻，因此影响不大。通过使用一个公共接地，而不是在一个星形点连接单独的接地，一个电源上的噪声通过去耦电容直接耦合到其他电源。最小的去耦电容为0.1μF。典型的表面贴装0.1μF电容在大约15MHz时具有自谐振;超过该频率，它们是电感器，不再用作电容器。

从中可以得到两个教训。首先，去耦电容是双向的。如果将嘈杂的电源连接到安静的电源，噪声会污染安静的电源。其次，嘈杂的地面也会发生同样的事情：噪音会污染安静的电源。嘈杂的电源需要与嘈杂的接地配对，干净或安静的电源必须与干净的电源配对。交叉污染会损害电源和地面。在电容器的自谐振频率以上，它变得感性，即它不传导或衰减高频能量。

结论

因此，我们兜兜转转，重复一个开场白：在排除IC故障故障时，知识是王道。从调查一开始，没有人比与客户并肩检查问题的当地FAE更有价值。FAE必须仔细检查整个系统、电路板布局、原理图和应用，然后将这些数据传送回QA。只有获得准确、详细的事件数据，我们才能解决IC故障问题。没有这些数据，QA被迫猜测“犯罪现场”。

附录—家庭版IC故障分析

这里有一个相关的故事，说明了为什么在分析故障电子电路时知识是王道。如果没有所有完整的故障数据，就不可能得出准确的 FA。这个故事一开始并不是一个IC故障排除问题，而是迅速演变成这个问题。

一位朋友有一辆1927年至1931年间制造的旧A型福特汽车。他安装了从当地汽车配件商店购买的收音机。安装时失败。他把收音机带回商店，他们更换了它。他安装了新装置，但失败了。在第三个“坏”收音机之后，商店退还了他的钱。

他开始与一个古董车俱乐部的成员交谈。他们告诉他，Model A有一个正极接地，所以收音机的电源引线反转了。虽然收音机期望连接到正电压，但它实际上是连接到负电压。当电源反转时，半导体中会出现烟雾。

A型车的传奇还在继续。在了解正极接地后，我们的朋友购买了一个昂贵的定制DC-DC转换器来反相电源电压。为了测试它，他将电池连接到DC-DC转换器和工作台上的收音机。效果很好。然后他把所有东西都装在车里，保险丝爆炸了。最后，他向这位工程朋友寻求帮助。

A型的底盘连接到电池的正极。（在今天的电子产品中，这相当于负电源。1956 年之后的美国汽车有负面基础;电池的负极端子连接到机箱，形成正电源。今天在汽车商店购买的消费品假定汽车处于负面状态。下面的图 1 在工作台上工作，因为收音机没有用螺栓固定在汽车底盘上。

图1.此设置在工作台上有效，因为虚线机箱接地未连接到无线电上。

DC-DC转换器内部没有接地隔离，以节省成本;实际上，正输入和正输出与机箱接地有关。因此，当设置在工作台上时，它起作用了，因为虚线机箱接地未连接到无线电上。收音机安装在车内后，收音机底盘使电源短路，从而熔断了保险丝。

假设您是无线电公司的技术人员，负责对这些返回的无线电执行 FA。当地的零件商店只说他们知道的：“无线电在安装时出现故障。你打开收音机发现很多烧焦的零件。是什么导致了问题？没有更具体的性能数据，您就是在猜测。正如我们所说，任何QA工程师都需要整个故障故事才能推荐有效的纠正措施。

审核编辑：郭婷