李紅高

（蘇州華碧微科檢測技術(shù)有限公司，江蘇蘇州，215000）

1 故障現(xiàn)象

某整車制造企業(yè)采購的一批車載倒車影像儀在整車調(diào)試階段、出廠不久后變發(fā)生故障，表現(xiàn)為沒有倒車畫面、圖像抖動(dòng)等故障現(xiàn)象。

2 故障分析過程

■2.1 失效定位分析

拆解該倒車影像儀，對電路板外觀檢查未發(fā)現(xiàn)存在元器件燒毀等現(xiàn)象，對其電路板安裝狀態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)的金屬屏蔽罩材質(zhì)比較柔軟，且其距附近的元件帶電部位很近，當(dāng)其處于車載振動(dòng)狀態(tài)，金屬屏蔽罩與帶電部位會(huì)存在接觸短路存在高壓擊穿芯片的隱患，拆解圖片如圖1所示。

圖1 拆解后內(nèi)部觀察圖片

■2.2 電學(xué)定位分析

失效定位分析發(fā)現(xiàn)倒車影像的DC/DC電源芯片輸出端存在異常。

圖2 U5周圍電路圖

如圖2所示，DC/DC電源芯片（以下簡稱U5芯片）正常情況下，輸入端電壓電流為12VDC，30mA。分析當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障芯片輸入端電壓為4～5VDC,電流快速上升至200～400mA, 用手觸摸芯片表面可以感覺到明顯發(fā)熱。

正常情況下U5芯片輸出頻率約500kHz脈寬調(diào)制信號，幅度約為3.3V。測試不良品U5芯片輸出端（第6引腳）的信號，電壓幅值為2V左右，頻率不穩(wěn)定，在146.6kHz～359.7kHz不等。

由于故障電路有二種工作方式，如下所述。

RVC on 連接到BCM 發(fā)出的倒車信號上（只有掛倒擋是才有信號輸出），有兩種狀態(tài)，

（1）直流電平（電壓幅度參考車身電源電壓）。--發(fā)動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)

（2）PWM 波，頻率100Hz， 80%占空比，（電壓幅度參考車身電源電壓）。--發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)

圖3 上、斷電瞬間輸出端信號測試

故本次分析，用模似汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)產(chǎn)生的脈沖(PWM波,頻率100Hz,80%占空比,幅度12V),輸入到RVC on端。測量上電和斷電時(shí)瞬間產(chǎn)生的峰值脈沖，測量如下：

測量結(jié)果表明，脈沖(PWM 波,頻率100Hz,80%占空比,幅度12V),輸入到RVC on端能使電路正常工作，但上電瞬間輸出端交流電壓存在尖峰電壓。如圖3所示。

■2.3 U5芯片引腳I/V特性測試

借助晶體管圖示儀，通過比對良品與不良品各引腳對地之間的伏安特性曲線，測試發(fā)現(xiàn)不良品第三腳對地存在反向擊穿現(xiàn)象。測試圖片如圖4所示。

圖4 Pin3—GND 測試 I/V 曲線

■2.4 芯片外觀檢查

對U5芯片進(jìn)行外觀檢檢查，未發(fā)現(xiàn)存在明顯機(jī)械損傷以及熱損傷痕跡。

■2.5 芯片無損檢查

借助X-Ray透視系統(tǒng)分析晶片內(nèi)部形貌，未發(fā)現(xiàn)U5芯片內(nèi)部存在鍵合線斷裂、晶片破裂、芯片內(nèi)部焊點(diǎn)缺陷等異?，F(xiàn)象[1]，如圖6所示。另外觀察到該器件內(nèi)的晶片在器件的腹部位置，緊貼電路板。

超聲檢測是復(fù)合材料缺陷檢測中應(yīng)用最為廣泛的無損檢測技術(shù)，主要用于探測材料內(nèi)部宏觀缺陷，對缺陷的性質(zhì)、位置、尺寸、深度進(jìn)行定性定量分析[2]，本次參考IPC-JEDEC J-STD-035分析方法，借助超聲波掃描顯微鏡進(jìn)行無損探傷補(bǔ)充分析，通過C模式掃描[3]和T模式掃描，分析良品和不良品（共5顆）的U5芯片內(nèi)部形貌，未發(fā)現(xiàn)被測樣品內(nèi)部存在分層等缺陷，如圖7-9所示。

■2.6 開封試驗(yàn)后內(nèi)部顯微觀察

由于前面X-Ray透視分析發(fā)現(xiàn)器件內(nèi)的腹部位置，緊貼電路板。普通的化學(xué)試劑腐蝕封裝材料的開封方式極容易導(dǎo)致過腐蝕導(dǎo)致鍵合線腐蝕，內(nèi)部結(jié)構(gòu)散架。于是我們選擇過激光局部開封方法，將U5芯片外部的塑封材料去除后，露出內(nèi)部的晶片以及鍵合線。內(nèi)部檢查未發(fā)現(xiàn)不良品U5芯片存在局部燒結(jié)、鍵合線開路等異?，F(xiàn)象。

圖5 U5芯片外觀

圖6 X—ray透視圖

圖7 C模式掃描圖片

圖8 C模式掃描圖片波形分析圖片

圖9 T模式掃描圖片

■2.7 微光顯微鏡（EMMI）分析

為定位芯片內(nèi)部的失效位置，將芯片去封裝后，通過正面打孔或背面打孔方式露出芯片，利用紅外微光顯微鏡（EMMI[4]）及砷化鎵銦微光顯微鏡[5]（InGaAs）等微光顯微鏡初步定芯片的失效位置。受到靜放電失效的電路存在漏電、擊穿或載流子效應(yīng)，給失效芯片通電后會(huì)有光子從失效點(diǎn)發(fā)射出來，而微光顯微鏡通過一系列光學(xué)原理能檢測到這些光子，呈現(xiàn)發(fā)光像,但其不能探測到諸如- 歐姆接觸；金屬互聯(lián)短路；表面反型層[6]；硅導(dǎo)電通路等故障。由于該U5芯片為SOP封裝，器件內(nèi)部的晶片緊貼電路板，無法通過在板上通電情況下借助的微光顯微鏡進(jìn)行直接方法，本文采用了一種快速便捷的一種分析方法，將鐳射光束局部開封后的樣品引腳，通過手工焊接線束的方法連接原電路板上的焊盤，從而實(shí)現(xiàn)在局部開封后，仍然能通過連接其外圍電路。從而能更準(zhǔn)確的分析在其正常工況下的失效情況。通過將良品與不良品進(jìn)行比對分析，未發(fā)現(xiàn)明顯異常如圖10-11所示。

圖10 鐳射光束開封后芯片與外圍電路相連

圖11 EMMI 分析照片

■2.8 晶片集成電路剝層分析

對2#以及4#樣品進(jìn)行剝層分析[7]，顯微觀察發(fā)現(xiàn)該晶片存在3層金屬層。抽取2個(gè)不良品進(jìn)行剝層分析發(fā)現(xiàn)被測樣品晶片分別在第1層金屬（metal 1）以及第2層金屬（metal 2）存在燒傷痕跡。如圖12所示。

■2.9 綜合分析

不良品U5芯片PIN3對地存在反向擊穿現(xiàn)象，通過上述失效點(diǎn)定位，發(fā)現(xiàn)不良品晶片內(nèi)部不同金屬層存在過電燒毀物證。此現(xiàn)象應(yīng)為在異常工況下，輸出端L1與L2之間的尖峰電壓損傷所致。

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)之后，輸出電壓干擾較大，BCM(車身控制器)發(fā)出的倒車信號不是純直流供電，而是疊加了一個(gè)脈沖信號在上面，這是一個(gè)類似方波的信號。本產(chǎn)品中的RVC on線（電源使能線）直接在倒車燈上，因?yàn)檫@車燈信號工作電壓極不穩(wěn)定，導(dǎo)致攝像頭工作不正常，輸出的視頻信號也不正常，在顯示屏上看到圖像抖動(dòng)、橫條紋干擾、不切換倒車畫面，甚至燒毀攝像機(jī)。

圖12 剝層分析照片

3 改進(jìn)建議

具體解決方案：在攝像機(jī)與電瓶之間增加：無源濾波器+隔離繼電器。

（1）濾波器的作用：在汽車發(fā)電機(jī)供電的情況下，電源系統(tǒng)中有很高的脈沖電流，隨著不同用電設(shè)備的啟用或關(guān)閉，在各個(gè)負(fù)載中的脈沖電流也相應(yīng)變化。無源濾波器所起的作用是由R1 、C1 和L1、C2、C3組成的二級無源低通濾波器[8]～[10]，它能夠?qū)⑵嚬╇娤到y(tǒng)中的瞬態(tài)干擾信號和BCM(車身控制器)輸出的脈沖信號大幅度衰減或完全濾除，并能阻止汽車用電設(shè)備內(nèi)部電路設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的干擾噪聲通過電源線反串入汽車供電系統(tǒng)中，污染車燈等其他的電源供電環(huán)境。

（2）隔離繼電器K1的作用：當(dāng)BCM(車身控制器)輸出的脈沖供電至繼電器，致使K1動(dòng)作閉合。電瓶12V電源通過常開觸點(diǎn)，然后經(jīng)過二級濾波，結(jié)果使攝像機(jī)的供電和RVC on線（電源使能線）不從這倒車脈沖信號上取電，而是直接從蓄電池取電。攝像機(jī)與倒車脈沖信號形成的隔離，達(dá)到消除脈沖干擾的作用。

（3）詳細(xì)電路如圖13所示。

圖13