变频空调高端柜机显示板触摸芯片可靠性分析及研究

变频空调高端柜机用触控芯片生产过程及应用一段时间后出现按键失灵失效问题，一直是困扰着空调生产企业难题，严重影响产品质量，该问题长期存在没有得到有效解决方案，本文从芯片生产使用过程、芯片失效机理、器件晶元结构工艺设计、ESD、器件应用环境、器件设计质量可靠性等方面进行全面分析。

【关键词】变频空调 芯片 ESD 晶元结构

变频空调是时展趋势，已经逐步普及走进千家万户，空调除了具有基本的制冷、制热作用外，其功能日益多样化。要求也提高：节能、环保、舒适、低分贝、用户触控体验效果。空调开关及功能控制部分以前是按键控制，随着触控芯片技术进步，空调功能控制部分已经实现全部人工触控控制，芯片通过检测手指触控按键的信号来判断用户指令及需要实现目标，所以该芯片在承担用户触控体验效果中起到非常重要作用。

1 事件背景

变频空调高端柜机引入触控显示技术后A厂家芯片在过程及售后实际工作可靠性表现并不是很好，过程失效最为突出，售后同样表现不佳，问题一直存在多年，很久没有有效解决方案，芯片在过程及售后大比例失效严重影响空调整体产品质量及用户实际体验效果。问题急需进行分析研究解决。

2 芯片失效原因及失效机理分析

变频空调高端柜机过程及售后出现大批量按键失灵异常，经分析确定是触摸芯片失效导致，芯片是何种原因失效。

芯片分析是ESD失效，静电是从哪来的，瞬间能量有多高，能对芯片造成多大影响首先我们对生产过程相关隐患点进行排查分析。

2.1 过程ESD排查分析

经过长期对变频空调LD、王者、U、I系列柜机产线排查跟踪发现我司过程存在较多静电产生隐患点。

（1）芯片贴装前后芯片表面均有500V-800V静电存在。

（2）员工在外观查看显示板，手易接触芯片，易出现人体静电引入芯片导致芯片失效。

（3）装显示板、显示组件使用注塑件表面静电高达上千伏静电，最高可达2200V。对芯片存在ESD损伤隐患。

（4）总装生产过程显示组件撕膜工序，玻璃面板撕膜瞬间产生8000-18000V静电，立刻装配显示板，存在静电空间击穿放电导致静电引入芯片内部导致失效。

经过对我司过程所有可能对芯片ESD损伤点进行排查整改，并制定相关ESD管控标准但是依旧有芯片失效，故障率没有出现明显降低。

2.2 芯片极限参数测试

通过对芯片各部分单元电路引脚进行极限参数测试，芯片整体极限耐压在10V以上，电路供电电压经过检测评估非常稳定，纹波非常低在50MV以下，对芯片进行极限电压击穿后失效品进行开封分析对比确定下线芯片非过电击穿失效。

2.3 芯片ESD实验分析

芯片经过分析是ESD击穿失效，图纸芯片标准ESD水平是2000V，芯片实际ESD水平是多少，过程ESD能否导致芯片损伤失效，带着这些问题我们组织展开分析研究，通过对该触摸芯片ESD实验发现，芯片实际ESD水平在3000V水平，满足国标、企标HM人体静电标准2000V，但是经过与其他相同功能芯片同等测试条件、测试标准进行ESD对比其他厂家功能芯片ESD水平均在6000V-7000V水平。统计数据结果对应芯片过程失效率非常低，A厂家触摸芯片ESD水平明显偏低。

ESD能力较难满足实际应用需求，芯片在生产过程中从贴片到功能测试需要经过较多环节，每个环节管控不当都可能会导致芯片损伤、击穿失效，芯片受静电损伤后开始会出现单个按键不灵现象，在持久的测试实验后可能会全部按键失灵，异常存在不稳定性。实际失效现象也说明此点，过程不能完全有效控制，芯片存在较大失效潜伏期。较难把关流入售后。

3 芯片失效整改措施

3.1 芯片失效解决方案

经过对生产过程ESD长期排查整改发现单从过程外因隐患点整改，降低、消除过程ESD隐患点，将过程ESD整体标准降低至200V，避免ESD击穿失效实际很难实现。统计过程数据显示并没有效降低芯片失效率。解决问题还需要从芯片本身进行整改优化，从器件晶元结构工艺布局等方面进行探索并采取有效的解决方案，来达到整体提升芯片ESD水平。

解决方法：更改芯片内部晶元结构布局，优化内部电路设计结构从而提升芯片整体ESD能力。

原理描述：通过在芯片信号检测输入口及输出部分增加RS电阻及内部晶元工艺结构进行调整在静电从I/O导入时可以吸收消除一定水平的静电能量，在一定范围内抑制较高静电电压从而保护芯片免受ESD损坏导致芯片失去正常的工作能力。

整改内容 工艺更改：TS08NE ： 0.5um 工艺 （ TS08N ： 0.6um 工艺 ） à 0.5um 工艺的ESD单元特性要好于0.6um工艺的ESD。

4 芯片失效整改总结及意义

本次通过产品实际使用过程中的问题反馈，对芯片内部电路设计及制造工艺进行优化升级， ESD水平由3000V提高到8000V以上从而有效改善产品质量。通过此次整改给我们开阔思路，芯片在开发引进时就要对芯片ESD进程测试评估，不能单一符合国标、企标HM2000V标准进行判断，要与芯片实际使用环境及应用电路进行综合评估，芯片应用选型应符合实际应用需求，芯片才能高可靠性工作，过程及售后失效率才能低。

参考文献

[1]蒋乐燕.集成电路及其可靠性分析[J].电子制作，2014（02）.

作者单位

格力电器（合肥）有限公司 安徽省合肥市 230000