翻新电子元器件导致仪器故障的案例分析

陈静 刘桐瑞 贺飞 邹金林

1 安图实验仪器（郑州）有限公司 （河南 郑州 450016）2 郑州外国语新枫杨学校 （河南 郑州 450001）3 广州然因普电子科技有限公司 （广东 广州 510663）

集成电路是电路板的主要电子元器件，其质量好坏直接影响电路板的可靠性。目前集成电路多为塑封器件，由于更新速度快、采购困难等原因，造成市场上塑封器件管理混乱，假冒翻新器件泛滥。翻新过程中的应力会对器件造成潜在损伤，若使用这些器件将影响电路板可靠性，导致电路板故障率升高[1]。市场上器件翻新主要有三个目的：一是为了以旧的拆机件冒充新器件，磨去拆机件表面的批号信息，进行重新标识；二是为了将同型号、低等级的器件标识成高等级的器件；三是为了将其他低价值或低品牌知名度的器件翻新后假冒为更有经济价值的器件。

本文案例展示了电子元器件翻新导致仪器内置打印功能失效的具体表现、失效IC分析的一般步骤及方法，对IC翻新假冒检验判定及故障分析有一定的指导意义。

1.故障现象

某仪器研发阶段，30块打印控制电路板功能检测时，故障率为32.3%。具体故障表现：检测打印控制电路板的打印功能时，通过串口调试助手发送打印命令，但打印机不工作。

2.故障分析

2.1 故障定位

电路板上打印机控制部分原理框图如图1所示，打印机连接J3插座。正常工作流程：串口调试助手发送打印命令，主控器件STC11F16XE接收串口命令后，输出电机驱动信号MOT-1～MOT-4，与PWM信号与非运算后，输入打印机驱动器LB1836型器件，最后由LB1836型器件输出打印机电机驱动信号A/-A/B/-B，打印机开始工作。

故障定位时，首先对比测试良品与故障品打印机接口所有电信号波形，确定异常信号管脚。比较测试结果，异常信号集中分布在A/-A/B/-B信号，不固定于某个管脚，共性表现为无信号输出。正常信号波形见图2。

A/-A/B/-B信号通路上共8个节点，见图1中红色数字标识。采用信号追踪法，定位信号断开点。结果显示2与3间信号断开，由此推断故障点在LB1836型器件部分。

图1. 打印机控制原理框图

图2. LB1836输出波形

将正常电路板与故障电路板上此器件交叉验证，结果显示故障跟随器件转移，将疑似失效器件换装到正常电路板后出现同样异常现象，另将好品器件安装到故障电路板后功能恢复正常。由此可知，LB1836型器件失效导致电路板功能丧失。

2.2 LB1836失效分析

2.2.1 外观形貌观察

使用立体显微镜观察失效器件的外观形貌，可见明显打磨痕迹，如图3。

图3. IC表面打磨痕迹形貌一

为判断此器件的翻新是个例，还是批次性问题，排查此批次30块电路板，同时观察此供应商提供的剩余100pcs此型号器件的外观，结果表明此批器件样品表面均有打磨痕迹，典型形貌如图4。其中一只样品表面，由于打磨应力过大导致产生明显裂纹，如图5。

图4. IC表面打磨痕迹形貌二

图5. IC表面打磨裂纹

据此可判断，此供应商提供的此型号器件翻新是批次性问题。

但此批器件的打磨是同型号器件翻新，还是其他器件假冒；以及此批器件的表面打磨与失效表现之间是否有直接关联，需要进一步解剖分析。

2.2.2 IV特性

利用图示仪测试失效器件的管脚对地特性，正常曲线呈现单向二极管特性曲线特征，水平方向为电压V，垂直方向为电流I，如图6[2]。测试结果显示，失效样品某些管脚特性曲线为水平直线，如图7，即无论电压为何值，电流值均为零，即对地开路。

对失效样品的所有管脚测试结果统计得知，异常管脚不固定于某个管脚，PIN6对地（样品1）开路及PIN9对地（样品2）开路。这与器件无法输出信号的外在失效表现存在一一对应关系。

图6. 正常管脚IV特性曲线

图7. 开路管脚IV特性曲线

图8. X-ray扫描图像

2.2.3 X-ray扫描

利用X-ray设备对失效样品封装内部的金属部件成像，未发现金线断裂、键合点脱落异常[3]。说明器件封装结构完整，如图8。

2.2.4 C-SAM扫描

利用超声波扫描显微镜C-SAM设备对失效器件封装内部三个界面扫描成像，未发现三个关键界面的分层[3]。说明器件的不同封装材料与结构间未出现严重分离。（注：三个界面分别指芯片上表面与塑封材料间的界面、外引线支架与塑封材料间的界面、芯片背面与基座间的界面[4]）。

2.2.5 IC开封

采用化学开封方法去除器件的塑料封装材料，使用立体显微镜和金相显微镜观察器件内部芯片，未观察到异常，如图9。内部芯片型号标识与实际一致，如图10。

图9. 开封后内部形貌

图10. 内部芯片型号标识

2.2.6 切片

针对IV曲线异常样品进一步侧面切片制样，使用SEM观察到，不同器件内部均存在芯片开裂现象，裂纹存在于PIN6（样品1）正下方芯片本体、PIN9（样品2）周围芯片本体，呈现不固定部位特征，明显为翻新打磨过程中控制不当，过大的剪切力造成内部芯片开裂，典型裂纹见图11。

图11. 芯片本体裂纹形貌

结果显示，切片观察到的开裂部位对应管脚与IV测试开路管脚存在一一对应关系。

2.2.7 结果分析

由IV特性测试结果分析得知，失效样品的异常管脚呈开路特性，证明异常管脚与地管脚在器件内部存在开路点。综合分析X-ray、C-SAM和切片后SEM扫描结果，可判断由于异常管脚周围芯片本体开裂，导致管脚与地间形成开路点。

对器件上表面打磨是器件翻新或假冒时的常用手段。由分析结果可知，LB1836型器件失效样品表面存在明显打磨痕迹及裂纹，但器件内部芯片型号标识与器件型号相符，由此可判断失效器件为翻新器件，非假冒器件。器件本体开裂一般为器件翻新打磨过程中，剪切力过大导致。

综上分析，由于LB1836型器件在翻新过程中，打磨时的机械应力过大导致芯片本体开裂，芯片上有源区或布线层局部断开，管脚间开路，导致此器件失效，无法驱动打印机正常工作。

2.2.8 结论

故障电路板上所使用LB1836型器件为翻新器件。器件在翻新过程中机械应力过大导致芯片本体开裂，管脚间开路，器件失效，无法驱动打印机正常工作。

3.小结

由于多次回流、无静电防护、打磨损伤器件内部结构等问题，导致翻新假冒器件可靠性大幅降低，严重影响整机产品的可靠性水平，电子元器件使用方需重点关注此方面。

外观检查是判断器件是否为翻新假冒产品的重要方法之一。

借助立体显微镜检查IC外观，打磨痕迹、封装边缘陡峭、引脚光亮、定位孔较浅、印字模糊或深浅不一等外观形貌可初步判断器件可能为翻新假冒器件。若在外观检查中，不能获取肯定证据，还可通过电测、X-ray、C-SAM、开封后器件内部观察和侧面研磨等手段做进一步验证。

另外，针对IC翻新假冒失效案例分析，失效信息收集与分析也是重要的一个方面，包括失效率的高低、失效发生的阶段、货源渠道信息等，均需要关注，可从侧面对分析判断做出佐证。

失效分析通常需要将失效信息、故障定位、电性分析、物理分析、微观分析的结果做综合判断，最后确定其失效机理及原因，获得产品改进的建议，避免类似失效的发生，提高产品的可靠性[5]。

[1]周帅,彭泽亚.假冒翻新塑封器件鉴别的方法和程序[J].中国测试,2015,41(zl):120-123.

[2]车羿.失效分析在半导体制造中的原理及应用[D].天津大学,2009.

[3]恩云飞,罗宏伟,来萍.电子元器件失效分析及技术发展[J].失效分析与预防,2006,1(1):40-42.

[4]许海渐,陈洪芳,朱锦辉,等.塑料封装集成电路分层浅析及改善研究[J].电子与封装,2012,12(10):3-6.

[5]梁惠来,张国强.IC失效分析方法的研究[J].电子检测技术,2006,29(4):168-169.