KID65783AP显示IC的失效分析与研究

王少辉　项永金

摘要：柜机空调显示板在厂内生产过程与售后出现大量失效，故障现象表现为显示多划、混乱、LED灯异常点亮等。经过分析为KID65783AP显示IC失效导致，失效模式为1脚对Vcc属性异常或其他引脚对Vcc属性异常。失效芯片经分析为部分管脚ESD损伤，以及部分管脚漏电流偏大。本文结合显示驱动IC的失效机理，失效电路，对显示驱动IC产品设计进行优化更改，提高显示驱动IC的ESD（MM）水平。产品同时导入漏电流的测试，从显示IC产品本身测试筛选提高可靠性。

关键词：显示驱动IC; ESD损伤;漏电流;晶圆设计;可靠性

0引言

显示界面比较简单的场合，常采用LED作为显示屏，主要是LED本身可发光，寿命长，价格低，且驱动简单。LED显示屏被大量应用于空调显示板，使用显示效果较好。驱动LED發光二极管采用显示驱动芯片，可以实现多段驱动，价格低，驱动方式简单。显示芯片失效后，会导致出现显示混乱，使整机无法正常显示，对整机使用效果影响较大，因此研究驱动显示IC的失效模式、失效机理非常重要。

1 事件背景

家用柜机空调显示板在厂内生产，以及售后故障失效突出。统计厂内直接在生产测试中出现故障，售后使用失效时间也较短。故障现象表现为显示混乱，对故障件进行复核分析，均为内机显示板显示驱动IC失效，已严重影响空调售后故障率，显示驱动IC失效问题急需进行分析解决。

2 失效原因及失效机理分析

KID65783AP显示IC失效，如图1所示，厂内主要是显示IC不同管脚短路，阻值变小，售后失效故障品也伴随主控芯片失效。从外观检查，售后失效故障品P板均有烧黄。开封查看晶圆内部不同管脚间均有过电击穿损伤痕迹。

失效模式主要有两种，一种是不同管脚对地与电源脚电阻值小，有的测试近似短路状态，主要表现故障为缺划、多划等;另一种为芯片管脚反向漏电流偏大，表现故障为灯微亮。

2.1 管脚值小或短路

故障显示板全屏显示，查看3个显示笔段缺划，故障如下图2所示，测试对应显示驱动芯片管脚均有损伤。此故障在厂内与售后均有失效，失效故障模式相同，均为不同管脚内部晶圆过电损伤。

部分故障品测试为电源脚或地脚，对输入或输出脚阻值小，或接近短路状态。如下图3所示，此单故障品电源脚（9脚）与输入脚（1脚）阻值小，正常品为MQ级，不良品在欧级已接近短路状态。PINI-9短路，对应原理图为芯片内部的D1二极管短路。

对故障品晶圆开封，去除表面封装树脂，开封发现PINI对Vcc线路上的二极管出现击穿损伤点，如下图4所示。

2.2 管脚漏电流偏大

单个芯片测试性能无异常，故障品主要在厂内失效，如图5所示，显示板关机后会有部分笔段发光二极管显示微亮。

失效故障品表现为Vcc-IN7出现50 μA左右的漏电流（规格书对Vcc-IN漏电流未做规定），如下图6、图7所示为芯片内部对应失效点。

正常品的Vcc对INI-6端口反向漏电流几乎是为0，如图8所示QT2半导体特性曲线对比。从I/O特性判断并非是EOS/ESD原因，晶圆本身的原因不能排除。

3 电路设计核查分析

具体显示驱动芯片驱动电路如图9所示，用来驱动数码管与发光二极管点亮，驱动电压5-12 V，驱动电压较低。主控芯片传输高低电平信号到U103显示芯片，显示芯片根据主控信号输出电压控制不同的发光二极管点亮，实现正常的显示功能。

4 失效解决方案

从产品设计本身提高耐电压能力，使产品各项性能提高，可靠性增强。对产品筛选检验测试增加新的管控项目，强化产品的测试筛选。

4.1 导入漏电流测试

厂家对出厂产品检测方法进行强化改善，增加管脚的漏电流的测试，增加输入输出电流法检测，对器件管脚进行检测，避免因厂家检测问题导致故障品流入我司。

在输出端与输入端端子间追加漏电流测试项目，晶圆状态有问题，可以有效检出。具体如表1、图10、图11所示。

4.1.2输出端耐电压检测

由于故障品为EOS损伤，损伤点为输出端对地漏电流偏大，对现有测试项目强化，对各输出端增加耐电压检测项目。测定条件和方法：各channel的Vcc一OUTLeak。具体测试条件如表2、图12、图13。

4.2 提高晶圆的抗静电能力

通过改变晶圆的内部的间隙来提高晶圆的抗静电能力，主要扩大如图14所示6个位置的间距。导入优化晶圆设计，将失效区晶圆内部区域间距放大，提高本体的ESD（MM）水平。如图14、表3所示，改善之后晶圆抗静电耐压能力明显提高。

5 失效整改总结及意义

确认芯片失效为厂家本身产品设计，以及筛选不良，在我司使用出现故障。通过改变失效位置晶圆内部的电气间隙，提高晶圆的耐压。增加输入与输出端的漏电流测试，以及耐电压测试，可有效的提高产品本身的抗静电能力，且更好的对产品进行筛选。本文从KID65783AP显示IC的失效原因，以及失效机理、应用电路等多方面进行分析，提高了芯片本身的抗静电能力，售后整改效果显著。

参考文献：

[1]杨周伟，翟东媛，高抗ESD瞬态电压抑制器的研究[J].功能材料与器件学报，2013（8）.

[2]郝素荣，集成电路的原理及可靠性分析[J]电子制作，2013（04）.

[3]赵智超，吴铁峰.CMOS器件受静电损伤的机理及保护[J].科技创业月刊，2017（10b）.