A类核心芯片的质量管理（连载二）

FROM：http://www.ci800.com/news/htmlnew/2012-4/33588.htm

上期和大家分享了手机关键器件PCB的质量管理、本期给大家讲述手机中被称谓“心脏”的核心器件-IC的质量管理方法、希望对各位读者有帮助、也期望得到各位读者的一贯支持与喜爱。

一、手机行业IC知识介绍

IC（Integrated Circuit，集成电路的简称，以下简称IC）是电子元器件中的一种半导体器件，IC是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。它是微电子技术的主要产品，我们通常接触到的通讯、计算机、网络、自动控制、智能化系统等等，都是从微电子技术上发展起来的。尤其是通讯产品的更新换代，更加离不开IC的长足发展。如果说PCB板是构成通讯终端的骨架，那么IC就是其大脑。

通讯终端产品这些年来在我国得到了大力发展，但以加工装配为主。产品的核心技术自主开发的较少，这里所说的核心技术，主要就是集成电路，即IC,而IC也是对整机成本影响最为关键的器件，可以说，每一次整机成本的上升或下降，都离不开IC价格的波动。以下将着重介绍与手机相关的IC。

构成手机的核心的IC主要包括：BBIC、Transceiver、PA、FLASH。BBIC，即 Base Band IC,通常称为基带芯片，也即中央处理器。它的作用等同于PC里面的CPU，几乎手机所有的功能，都要通过它来直接或间接来完成。不言而喻，BBIC在手机当中充当着最为核心的角色，它的性能及可靠性直接影响着整部手机的质量。同CPU一样，衡量其性能的最重要指标之一是主频，目前最高性能的BBIC，其主频已经高达1G以上。

Transceiver，即收发芯片，如果将BBIC当作将军的话，收发芯片则是通讯兵。它的作用主要是连接BBIC与天线，进行通讯信号的传输。由于收发芯片是连接BBIC和外界的窗口，因此和BBIC的匹配性显得非常关键，在器件选型时，一般来说，最好选择同一家公司生产的BBIC和收发芯片，这样可以保证最好的匹配性，如果由于种种原因要更换型号或品牌的话，需要经过严格的测试，确定兼容性没有问题的时候才能替换。

PA， Power Amplifier的缩写，即功率放大器，它的作用是将通过BBIC处理的通讯信号进行放大，通过内置天线发射出去。由于PA是功率放大器件，在长时间通话后容易发热，因此在手机设计当中，原件布局、散热设计尤其重要。此外，选择高性能、高可靠性的PA，在一定程度上将延长手机的使用寿命。

FLASH，即存储器，通常所说的FLASH包括两部分，可擦写存储器(RAM)和不可擦写存储器（ROM），分别用来保存用户数据和应用程序。

此外，随着手机功能的越来越强大，还有GPS芯片、FM芯片、电视芯片、蓝牙芯片等IC，在这里就不再一一叙述。

二、手机IC器件的主要生产流程及测试项目

1、 IC的生产制造流程图：

IC的制造流程非常复杂，从IC的需求定义、设计、晶圆制作到封装测试，有上百道工序。以下是IC从需求确定到封装测试的一个循环流程图，其中最为关键的是产品实现即前、后段工序。

下面将重点介绍生产流程：前段工序和后段工序。

IC器件前后段制造的关键流程

IC封装测试流程图&示意图

IC制造过程简要阐述：
    1）占地壳物质达到28%的石英在地表层呈现为石英砂石矿。用电弧炉冶炼石英砂将其转变成冶金等级硅。通过一步一步去除杂质的处理工艺过程，硅经历液态，蒸馏并最终再沉积成为半导体等级的硅棒，其硅的纯度达到99.999999%。随后，这些硅棒被机械粉碎成块并装入石英坩埚炉中加热熔化至1420摄氏度。
   2）将一个单晶籽晶（种）导入熔化过程中，随着籽晶转动，晶体渐渐生长出来。几天之后，慢慢地将单晶提取出来；
    3）随后被金刚石锯床切成薄薄的圆晶片。这些薄片再经过洗涤、抛光、清洁和接受入眼检测与机器检测；最后通过激光扫描发现小于人的头发丝宽度的1/300的表面缺陷及杂质，合格的圆晶片交付给芯片生产厂商。
    4）芯片结构设计人员设计好电路版图，完整的设计图传送给主计算机并经电子束曝光机进行处理，将这些设计图“刻写”在置于一块石英玻璃上的金属薄膜上，制造出掩膜。制作芯片是对薄膜进行重复进行涂光敏胶、光刻和腐蚀的组合处理，掩膜起着一个很像照相制版的负片作用。精确调准每个掩膜最为重要：如果一个掩膜偏离几分之一微米（百万分之一），则整个硅圆片就报废不能用。当光通过掩膜照射，电路图就“印制”在硅晶片上。每一个芯片大约需用20个掩膜，这些掩膜要在整个工艺过程棗从硅圆片到制造最终的芯片包括几百个工艺的流程的不同的位置点上定位。最终一块硅圆片能够做出一定数量的芯片。
    5）一旦完成芯片制作过程，硅圆片在金刚石切割机床上被分切成单个的芯片，到此的单个芯片被称为“管芯”（DIE）。将每个管芯分隔放置在一个无静电的平板框中，并传送至下一步，管芯被插装进它的封装中。芯片封装保护管芯避免受环境因素影响，同时提供管芯和电路板通讯所必需的电连接，封装好的芯片在随后的使用中将要安装固定在电路板上。

2、IC的主要测试分类

    由于IC的制造流程非常复杂，为了确保质量及可靠性，各个阶段必须要进行全面完整的测试，以下是IC必须要进行的各项测试项目及其分类：

 

三、手机IC常见质量问题以及对策

    相对于手机研发、生产企业来说，IC厂商处在产业链的上游，技术含量也更高，下游的手机公司要想搞清楚IC的质量问题并不是那么容易，但这并不是说处于下游的手机公司就没有办法与IC厂商进行质量问题的技术交流，笔者总结了近几年发生在手机IC上面的常见质量问题、根本原因、对策，供大家参考。

1、 ESD损伤

ESD即静电防护，由于现阶段绝大多数IC都是CMOS器件，CMOS器件的一个显著特点就是低功耗、不耐电流冲击，因此静电是IC的大敌，以下是IC局部电路被静电击穿的典型视图，在高倍电子显微镜下面，可以看的非常清楚。

如何预防，说起来很简单：一方面，要做好IC在存储、使用过程各个环节的静电防护；另一方面，在产品设计过程中，需要充分考虑如果消除、规避静电的影响，比如对现阶段大面积使用的手机五金外壳进行很好的接地，在电路中增加静电防护器件等。可是实际上很多公司却做得不尽如人意。增加器件，会提高成本；使用静电防护材料，需要增加成本；手机的价格倒是一降再降。不过别忘了，IC损坏了你是要更换的，这是成本；名声做坏了，那更是要不得。所以，该省的省，该加的该花的还是需要投入。

    此外，IC厂商也需要在产品设计过程中考虑足够的抗静电强度，如从抗静电1500V提升到3000V，在很大程度上也可以减少静电对IC的损伤几率。

1、 MSD器件损坏

IC即是静电敏感器件，也是湿敏元件，各个IC厂家在原始包装上面都有注明MSL（湿度敏感等级）等级，按照国际通用的定义，湿敏等级为1-6总共8个等级，等级越高，管控越严格。

为了避免IC受潮后过回流焊分层，对IC的保存、拆封使用环境和时间都有非常的要求，以下是湿敏器件的保存、使用条件：

很多情况下，我们发现某一卷或少数IC在回流焊之后出现比较高比例的失效，往往就是使用厂家没有按照湿敏器件的管控要求执行，以下是一例IC受潮分层，在SAM（超声波成像）之下的照片，可以清楚的看到，红色部分就是分层的区域。

为了预防芯片在使用过程中造成的分层，芯片使用厂商需要严格按照以下方式来管控：

（1）对MSD正确分类、识别，物料表中应注明元件的潮湿敏感度等级。MSD需包装在干燥袋内，只要打开干燥袋，就必须在规定的时间内用完。

（2）对MSD要做时间控制标签，必须跟踪每一卷或盘上的MSD在整个生产工艺中累积的总暴露时间，直到无需再经过Reflow。

（3）从线上卸下的MSD（包括散料），应将其存储在干燥箱或干燥袋中。

（4）对已经受潮的MSD必须进行烘干去潮处理。

（5）手工操作中应注意：

a.清楚识别装有湿度敏感器件的元件卷带和托盘包装

b.记录每卷或盘累积暴露时间的日志表

c.记录每张日志表与每个独立卷或盘之间的对应关系（可用唯一的ID标示关联）

d.在手工记录日志及计时期间，要保证数据的完整性

e.在将MSD装载到贴片机的同时，要跟踪其所剩余的可暴露时间及逾期时间

1、 大电流损伤

由于IC设计、制造的精密性，线宽线距一般都以纳米计算，因此抗电流强度相对较差，如果IC的外围电路没有设置足够的保护电路，从电源过来的浪涌电流将很容易将IC里面的CMOS电路烧坏，被大电流击穿的失效模式跟ESD造成的非常相似，以下是一张典型的IC被大电流击穿的放大图片：

解决此问题的根本方法，一方面是IC厂商需要从芯片内部增加电源保护电路；另一方面，设计公司需要在IC外围设计合理的电源保护电路，避免瞬间的浪涌电流对芯片造成冲击。跟防静电一样，道理就不多说了，毕竟，节流只能一时，开源才是一世。

1、 芯片厂商测试覆盖不足

由于芯片的制造过程非常复杂，测试项目也很多，IC厂商为了提高生产效率，对测试项目往往采取抽测的方式，因此不可避免的存在测试覆盖面不足，出现漏测的问题。一旦出现漏测，不良比例将会成倍的增加，这是IC使用企业需要特别关注的问题。由于生产过程的保密性，对IC供应商的现场审核很难彻底的展开。因此需要对IC在产线的不良率进行特别的监控，必须要形成完整的指标体系，一旦发现某个IC不良率超标了，可以及时进行预警，并反馈厂商分析解决。

2、 早期失效

早期失效是指IC在使用过程中，比较早的出现失效，通常发生的初次使用当中。一般比较成熟的IC早期失效率在100-300PPM以下，作为IC的使用方，由于技术的限制，很难去分析界定是早期失效还是由上述原因造成的失效，一个比较简单的办法是测试IC各个输出端口的伏安特性曲线，如果伏安曲线正常，就可以初步判定是芯片本身的问题。

四、全球IC公司群英汇

由于IC厂商处于手机产业链的上游，而IC设计与制造都属于高科技、巨额投资、技术密集型的行业，因此进入门槛很高。目前全球只有少数厂家能够设计并成功批量供货，有句行话叫：“三年不开张、开张吃三年”。可见投资一家IC公司是多么的不易、当然产品符合市场需要且能大批量出货利润也是非常客观的。以下粗略列举了手机行业内主要关键IC器件厂商的信息，供大家参阅（个人意见、仅供参考）。

五、选择IC合作供应商的一些建议

由于IC厂商的相对集中、单一，基本属于半垄断地位，因此作为下游的手机公司可以选择的余地并不大，总体来说，可以遵循以下原则：

1、 IC厂商的配合与技术支持应该放在第一位，手机的研发与制造过程离不来IC厂商的技术支持（包括前期的设计支持与大批量生产时的现场FA工作、以帮助设计与制造过程快速解决问题与提升良率与效率），一个项目的成功与否，在很大程度上取决于IC厂商的支持力度。

2、 自身研发实力与IC厂商的匹配性，不同的IC厂商对客户的支持力度是不同的，有的厂商支持力度很大、可以用全方位来比喻。有的相对保守，如果自身具备比较强大的研发技术实力，可以选择相对保守的IC厂商，因为跟这类厂商合作，竞争相对较小；而如果自身研发实力不足，或刚成立不久，则需要选择支持力度大的厂商或提供Total Solution解决方案公司，相对成功的概率会更大点，但同时也面临着激烈的市场竞争、价格的血拼。

在与IC厂家合作初期需要签订质量协议、售后服务协议，尤其是对不良品的RMA分析与处理流程。分析的周期是多久？行业的不良PPM在多少水平？走什么的流程？快速响应是什么等都需要慎重考虑，在保证互惠互利的前提下，最大限度的确保自身利益。