CN116047215A - 一种元器件故障激发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种元器件故障激发方法及装置，包括：对板卡电路中的失效元器件进行失效分析，获取失效元器件的失效机理和激发应力集合；在激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，以获得失效元器件的功能电路以及失效元器件在功能电路中的工况信号；根据失效元器件的功能电路生成故障激发单元电路，并确定用于监测元器件失效的监测信号和监测信号阈值；将多路故障激发单元电路进行组合，构建故障激发装置；根据监测信号阈值和通过故障激发装置获得的监测信号，检测与失效元器件相同批次的元器件是否失效。本发明可批量进行元器件故障激发测试，并模拟元器件的实际应用工况，更真实有效地评估元器件在现场应用中的风险。

Description

一种元器件故障激发方法及装置

技术领域

本发明涉及元器件测量技术领域，尤其涉及一种元器件故障激发方法及装置。

背景技术

在板卡上的元器件发生批次质量问题时，需要评估元件器在现场应用中的风险，并根据评估结果决策是否对需要对涉及该批次元器件的板卡进行改造，以保证板卡的安全可靠性。当前，元器件风险评估主要有两种方式，一种是采用实际板卡进行故障激发测试来评估元器件的风险，该方式虽然可以真实模拟出元器件的实际应用工况，但板卡的成本较高，且试验元器件的样本量有限，不能有效评估元器件存在质量问题的比例；另一种是采用单体环境应力测试进行故障激发测试来评估元器件的风险，该方式虽然简便易于操作，但元器件未工作在实际电路中，测试工况与实际应用工况不符，无法真实评估元器件在现场应用中的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种元器件故障激发方法及装置，以解决现有方法无法真实、有效地评估元器件在现场应用中的风险。

基于上述目的，本发明实施例提供一种元器件故障激发方法，包括：

对板卡电路中的失效元器件进行失效分析，获取所述失效元器件的失效机理和激发应力集合；

在所述激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，以获得所述失效元器件的功能电路以及所述失效元器件在所述功能电路中的工况信号；

根据所述失效元器件的功能电路生成故障激发单元电路，并确定用于监测元器件失效的监测信号和监测信号阈值；

将多路所述故障激发单元电路进行组合，构建故障激发装置；

根据所述监测信号阈值和通过所述故障激发装置获得的监测信号，检测与所述失效元器件相同批次的元器件是否失效。

可选地，所述对板卡电路中的失效元器件进行失效分析，获取所述失效元器件的失效机理和激发应力集合，包括：

通过预设的电子元器件失效分析方法对所述失效元器件进行失效分析，确定由至少一种激发应力引起的失效机理；根据所有所述激发应力获得所述失效元器件的激发应力集合。

可选地，所述电子元器件失效分析方法的实现流程为：

对所述失效元器件进行外部目检，获得所述失效元器件的外部缺陷信息；

通过X射线对所述失效元器件进行无损检测，确定所述失效元器件的内部缺陷信息；

对所述失效元器件进行开封之后，通过体视显微镜对开封处理后的所述失效元器件进行内部分析获得内部分析结果；

通过扫描电子显微镜对开封处理后的失效元器件进行形貌分析，确定所述失效元器件的失效原因。

可选地，所述在所述激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，以获得所述失效元器件的功能电路以及所述失效元器件在所述功能电路中的工况信号，包括：

检测所述激发应力集合中是否包含电应力；

在所述激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，获得多个功能模块电路；

检测每个所述功能模块电路是否包含所述失效元器件，并将包含所述失效元器件的功能模块电路标记为所述元器件的功能电路；

获取所述功能电路的输入信号、输出信号、控制信号以及所述元器件在所述功能电路中的工况信号。

可选地，所述根据所述失效元器件的功能电路生成故障激发单元电路，并确定监测信号和监测信号阈值，包括：

判断元器件失效时所述功能电路的控制信号与电路故障原因是否关联；

若关联，则将与所述控制信号对应的控制端在所述功能电路中保留，以得到故障激发单元电路；若不关联，则将与所述控制信号对应的控制端在所述功能电路中删除，以得到故障激发单元电路；

获取元器件失效时所述故障激发单元电路的输出信号，将所述输出信号设为监测信号，并获取监测信号阈值。

可选地，所述故障激发单元电路的组合方式为并联组合或串联组合。

可选地，所述将所述多路故障激发单元电路进行组合，构建故障激发装置，包括：

将所述多路故障激发单元电路进行并联组合，构建故障激发模块；所述故障激发模块用于通过所述故障激发单元电路对待测元器件进行故障激发测试；

设计包含信号发生器和信号控制开关的信号控制模块；所述信号控制模块用于通过所述信号发生器产生输入信号，并通过所述信号控制开关控制所述输入信号是否向所述故障激发模块输送；

设计包含多路测试电路的监测模块；所述监测模块用于通过所述测试电路将对应的所述故障激发单元电路的监测信号输出；

根据所述信号控制模块、所述故障激发模块和所述监测模块，构建故障激发装置。

可选地，所述根据所述监测信号阈值和通过所述故障激发装置获得的监测信号，检测与所述失效元器件相同批次的元器件是否失效，包括：

获取故障激发装置输出的各路监测信号；

检测每一路所述监测信号是否超出所述监测信号阈值；

若某一路所述监测信号超出所述监测信号阈值，则确定该路监测信号对应的元器件失效。

另外，本发明实施例还提供一种元器件故障激发装置，包括信号控制模块、故障激发模块和监测模块；

所述信号控制模块包含信号发生器和信号控制开关，所述故障激发模块包含N路故障激发单元电路，所述监测模块包含N路测试电路；所述信号发生器通过所述信号控制开关与N路所述故障激发单元电路的输入端连接，每一路所述故障激发单元电路的输出端与一路所述测试电路连接：

所述信号发生器，用于产生输入信号；

所述信号控制开关，用于选择M路所述故障激发单元电路，并将所述输入信号输送至M路所述故障激发单元电路的输入端；其中，M≤N；

所述故障激发单元电路，用于对待测元器件进行故障激发测试；

所述测试电路，用于将故障激发单元电路21输出端的监测信号输出。

优选地，所述元器件故障激发装置，还包括电源控制模块；所述电源控制模块包含电源电路和电源开关，用于为所述故障激发模块中的各路所述故障激发单元电路供电。

由上述可知，本发明实施例提供的元器件故障激发方法，基于元器件的失效机理和激发应力集合，从主板电路中分析拆解获得元器件的功能电路，并基于元器件的功能电路生成元器件的故障激发单元电路，搭建元器件故障激发装置，可批量进行元器件故障激发测试，提高了测试效率，并降低了测试成本，同时可模拟元器件的实际应用工况，更真实有效地评估元器件在现场应用中的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中元器件故障激发方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例中的三极管功能电路图；

图3为本发明一实施例中的三极管故障激发单元电路；

图4为本发明一实施例中三极管故障激发装置的结构示意图；

图5为本发明一实施例中元器件故障激发装置的结构示意图；

图6为本发明另一实施例中元器件故障激发装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的元器件故障激发方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的元器件故障激发方法包括步骤S10至步骤S50。

为了便于说明，本实施例以晶体三极管作为元器件的一个实施例来进行说明。

步骤S10，对板卡电路中的失效元器件进行失效分析，获取失效元器件的失效机理和激发应力集合。

作为优选，步骤S10包括：通过预设的电子元器件失效分析方法对失效元器件进行失效分析，确定由至少一种激发应力引起的失效机理；根据所有激发应力获得失效元器件的激发应力集合。其中，激发应力包含电应力、温度应力、机械应力、气候应力等。

进一步地，预设的电子元器件失效分析方法的实现流程为：步骤一，对失效元器件进行外部目检，获得失效元器件的外部缺陷信息；步骤二，通过X射线对失效元器件进行无损检测，确定失效元器件的内部缺陷信息；步骤三，对失效元器件进行开封之后，通过体视显微镜对开封处理后的失效元器件进行内部分析获得内部分析结果；步骤四，通过形貌分析或成分分析确定失效元器件的失效原因。

可理解的，本实施例通过上述电子元器件失效分析方法对失效元器件进行失效分析，并根据失效分析获得的外部缺陷信息、内部缺陷信息、内部分析结果、失效原因，确定失效元器件的失效机理以及对应的激发应力集合。

例如，某失效三极管表现为发射结漏电失效，可以通过常用的电子元器件失效分析方法例如切片分析、扫描电子显微镜检查、聚焦离子束分析等，对三极管进行失效分析，获取三极管的失效机理为在电应力和高温应力共同作用下，发射极键合丝中的铜元素向硅晶圆内部迁移，耐压不够导致硅晶圆形成微小的击穿点，表现为发射结漏电，从而根据三极管的失效机理，确定由电应力和温度应力组合构成的激发应力集合。

步骤S20，在激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，以获得失效元器件的功能电路以及失效元器件在功能电路中的工况信号。

作为优选，步骤S20包括以下步骤：

步骤S201，检测激发应力集合中是否包含电应力；

步骤S202，在激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，获得多个功能模块电路；

步骤S203，检测每个功能模块电路是否包含失效元器件，并将包含失效元器件的功能模块电路确定为失效元器件的功能电路；

步骤S204，获取功能电路的输入信号、输出信号、控制信号以及失效元器件在功能电路中的工况信号。

可理解的，若检测到组合激发应用中包含电应力，则对板卡电路进行功能分析和拆解，获得K个功能模块电路，并检测每一个功能模块电路是否包含失效元器件，若某一个功能模块电路包含失效元器件，则将该功能模块电路确认为失效元器件的功能电路。而若检测到组合激发应用中不包含电应力，则不对板卡电路进行分析拆解。

进一步地，结合该功能电路在板卡电路中的前一级功能模块电路和后一级功能模块电路，获取该功能电路的输入信号、输出信号以及控制信号，并获得失效元器件在功能电路中正常工作时的工况信号。其中，工况信号包括电压信号、电流信号以及失效元器件在功能电路中正常工作时产生的其他信号；元器件工作时产生的其他信号如频率信号、数字信号等。

具体的，在图2所示的三极管功能电路中，三极管功能电路包含三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和稳压二极管Z1，且三极管Q1为PNP型三极管；第一电阻R1的第一端作为三极管功能电路的输入端IN与稳压二极管Z1的阴极连接，第一电阻R1的第二端与三极管Q1的发射极连接；三极管Q1的集电极作为三极管功能电路的输出端OUT与第二电阻R2的第一端连接，三极管Q1的基极作为三极管功能电路的控制端CON分别与稳压二极管Z1的阳极、第三电阻R3的第一端连接；第二电阻R2的第二端和第三电阻R3的第二端共同接地。

在图2中，根据三极管功能电路的输入端电压Vi和输出端电压Vo，确定三极管Q1工作在放大状态时的工况信号，主要包括发射极电压Ve、基极电压Vb、发射极电流Ie、集电极电流Ic、基极电流Ib和电流放大倍数A。

步骤S30，根据元器件的功能电路生成元器件的故障激发单元电路，并确定用于监测元器件失效的监测信号和监测信号阈值。

作为优选，步骤S30包括以下步骤：

步骤S301，判断元器件失效时功能电路的控制信号与电路故障原因是否关联；

步骤S302，若关联，则将与控制信号对应的控制端在功能电路中保留，以得到故障激发单元电路；若不关联，则将与控制信号对应的控制端在功能电路中删除，以得到故障激发单元电路；

步骤S303，获取元器件失效时故障激发单元电路的输出信号，将输出信号设为监测信号，并获取监测信号阈值。

具体的，在图2中，当三极管功能电路正常工作时，三极管Q1的基极电流Ib非常小，接近于悬空，三极管Q1处于放大工作状态；而当三极管功能电路发生过流故障时，三极管Q1的基极电压Vb升高，三极管Q1处于截止工作状态。为激发三极管Q1故障，可以省略三极管Q1的截止工作状态，也即删除三极管功能电路的控制端CON，保留三极管功能电路的输入端IN和输出端OUT，得到图3所示的三极管故障激发单元电路。

在图3中，三极管漏电失效表现为集电极电压(即输出端电压)Vo变化，将输出端电压作为监测信号，并根据电路故障条件确定监测信号阈值。

步骤S40，将多路故障激发单元电路进行组合，构建故障激发装置。其中，多路故障激发单元电路为两路以上的激发单元电路。

在本实施例中，多路故障激发单元电路的组合方式为并联组合或串联组合。

作为优选，步骤S40包括以下步骤：

步骤S401，将多路故障激发单元电路进行并联组合，构建故障激发模块；故障激发模块用于通过故障激发单元电路对失效元器件相同批次的元器件进行故障激发测试；

步骤S402，设计包含信号发生器和信号控制开关的信号控制模块；信号控制模块用于通过信号发生器产生输入信号，并通过信号控制开关控制输入信号是否向故障激发模块的故障激发单元电路输送；

步骤S403，设计包含多路测试电路的监测模块；监测模块用于通过测试电路将对应的故障激发单元电路的监测信号输出；

步骤S404，根据信号控制模块、故障激发模块和监测模块，构建故障激发装置。

在另一实施例中，步骤S40还包括：设计包含电源电路和电源开关的电源模块，电源电路用于为故障激发模块供电，此时，根据信号控制模块、故障激发模块、监测模块和电源模块，构建故障激发装置。

具体的，在图4所示的三极管故障激发装置中，三极管故障激发装置由包含电源(即信号发生器)1和选择开关(即信号选择开关)2的信号控制模块、包含N路三极管故障激发单元电路3的故障激发模块和包含N路测试电路4(即三极管故障激发单元电路3的路数与测试电路4的路数相同)的监测模块组成，电源1通过选择开关2与N个三极管故障激发单元电路3的输入端连接，每个三极管故障激发单元电路3的输出端均连接一个测试电路4。

其中，电源1用于提供输入电压Vi；选择开关2用于选择M路(M≤N)三极管故障激发单元电路3，将输入电压Vi分别输送至M路三极管故障激发单元电路3的输入端；三极管故障激发单元电路3用于在接收到输入电压Vi后，对三极管进行故障激发测试；测试电路4用于将三极管故障激发单元电路3输出端的电压Vo作为监测信号输出，以在后续步骤中，根据监测信号实时监测待检测的三极管是否失效。

步骤S50，根据监测信号阈值和通过故障激发装置获得的监测信号，检测失效元器件相同批次的元器件是否失效。

作为优选，步骤S50包括：获取故障激发装置输出的各路监测信号；检测每一路监测信号是否超出监测信号阈值；若某一路监测信号超出监测信号阈值，则确定该路监测信号对应的元器件失效；而若某一路监测信号未超出监测信号阈值，则确定该路监测信号对应的元器件未失效。

由上述可知，本实施例的元器件故障激发方法基于元器件的失效机理和激发应力集合，从主板电路中分析拆解获得元器件的功能电路，并基于元器件的功能电路生成元器件的故障激发单元电路，搭建元器件故障激发装置，可批量进行元器件故障激发测试，提高了测试效率，并降低了测试成本，同时可模拟元器件的实际应用工况，更真实有效地评估元器件在现场应用中的风险。

如图5所示，本发明一实施例还提供了一种元器件故障激发装置，包括信号控制模块10、故障激发模块20和监测模块30；信号控制模块10包含信号发生器11和信号控制开关12，故障激发模块20包含N路故障激发单元电路21，监测模块30包含N路测试电路31；信号发生器11通过信号控制开关12与N路故障激发单元电路21的输入端连接，每一路故障激发单元电路21的输出端与一路测试电路31连接；

信号发生器11，用于产生输入信号；

信号控制开关12，用于选择M路故障激发单元电路21，并将输入信号输送至M路故障激发单元电路21的输入端；其中，M≤N；

故障激发单元电路21，用于对待测元器件进行故障激发测试；

测试电路31，用于将故障激发单元电路21输出端的监测信号输出。

进一步地，如图6所示，所述元器件故障激发装置还包括电源控制模块40；电源控制模块40包含电源电路和电源开关，用于为故障激发模块20中的各路故障激发单元电路21供电。

本发明实施例的元器件故障激发装置，可批量进行元器件故障激发测试，提高了测试效率，并降低了测试成本，同时可模拟元器件的实际应用工况，更真实有效地评估元器件在现场应用中的风险。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明实施例的，不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种元器件故障激发方法，其特征在于，包括：

对板卡电路中的失效元器件进行失效分析，获取所述失效元器件的失效机理和激发应力集合；

在所述激发应力集合中包含电应力时，对所述板卡电路进行分析拆解，以获得所述失效元器件的功能电路以及所述失效元器件在所述功能电路中的工况信号；

根据所述失效元器件的功能电路生成故障激发单元电路，并确定用于监测元器件失效的监测信号和监测信号阈值；

将多路所述故障激发单元电路进行组合，构建故障激发装置；

根据所述监测信号阈值和通过所述故障激发装置获得的监测信号，检测与所述失效元器件相同批次的元器件是否失效。

2.根据权利要求1所述的元器件故障激发方法，其特征在于，所述对板卡电路中的失效元器件进行失效分析，获取所述失效元器件的失效机理和激发应力集合，包括：

通过预设的电子元器件失效分析方法对所述失效元器件进行失效分析，确定由至少一种激发应力引起的失效机理；根据所有所述激发应力获得所述失效元器件的激发应力集合。

3.根据权利要求2所述的元器件故障激发方法，其特征在于，所述电子元器件失效分析方法的实现流程为：

对所述失效元器件进行外部目检，获得所述失效元器件的外部缺陷信息；

通过X射线对所述失效元器件进行无损检测，确定所述失效元器件的内部缺陷信息；

对所述失效元器件进行开封之后，通过体视显微镜对开封处理后的所述失效元器件进行内部分析获得内部分析结果；

通过形貌分析或成分分析确定失效元器件的失效原因。

4.根据权利要求1所述的元器件故障激发方法，其特征在于，所述在所述激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，以获得所述失效元器件的功能电路以及所述失效元器件在所述功能电路中的工况信号，包括：

检测所述激发应力集合中是否包含电应力；

在所述激发应力集合中包含电应力时，对板卡电路进行分析拆解，获得多个功能模块电路；

检测每个所述功能模块电路是否包含所述失效元器件，并将包含所述失效元器件的功能模块电路确定为所述失效元器件的功能电路；

获取所述功能电路的输入信号、输出信号、控制信号以及所述失效元器件在所述功能电路中的工况信号。

5.根据权利要求4所述的元器件故障激发方法，其特征在于，所述根据所述失效元器件的功能电路生成故障激发单元电路，并确定监测信号和监测信号阈值，包括：

判断元器件失效时所述功能电路的控制信号与电路故障原因是否关联；

若关联，则将与所述控制信号对应的控制端在所述功能电路中保留，以得到故障激发单元电路；若不关联，则将与所述控制信号对应的控制端在所述功能电路中删除，以得到故障激发单元电路；

获取元器件失效时所述故障激发单元电路的输出信号，将所述输出信号设为监测信号，并获取监测信号阈值。

6.根据权利要求1所述的元器件故障激发方法，其特征在于，所述故障激发单元电路的组合方式为并联组合或串联组合。

7.根据权利要求1所述的元器件故障激发方法，其特征在于，所述将所述多路故障激发单元电路进行组合，构建故障激发装置，包括：

将所述多路故障激发单元电路进行并联组合，构建故障激发模块；所述故障激发模块用于通过所述故障激发单元电路对待测元器件进行故障激发测试；

设计包含信号发生器和信号控制开关的信号控制模块；所述信号控制模块用于通过所述信号发生器产生输入信号，并通过所述信号控制开关控制所述输入信号是否向所述故障激发模块输送；

设计包含多路测试电路的监测模块；所述监测模块用于通过所述测试电路将对应的所述故障激发单元电路的监测信号输出；

根据所述信号控制模块、所述故障激发模块和所述监测模块，构建故障激发装置。

8.根据权利要求1所述的元器件故障激发方法，其特征在于，所述根据所述监测信号阈值和通过所述故障激发装置获得的监测信号，检测与所述失效元器件相同批次的元器件是否失效，包括：

获取所述故障激发装置输出的各路监测信号；

检测每一路所述监测信号是否超出所述监测信号阈值；

若某一路所述监测信号超出所述监测信号阈值，则确定该路监测信号对应的元器件失效。

9.一种元器件故障激发装置，其特征在于，包括信号控制模块、故障激发模块和监测模块；

所述信号控制模块包含信号发生器和信号控制开关，所述故障激发模块包含N路故障激发单元电路，所述监测模块包含N路测试电路；所述信号发生器通过所述信号控制开关与N路所述故障激发单元电路的输入端连接，每一路所述故障激发单元电路的输出端与一路所述测试电路连接：

所述信号发生器，用于产生输入信号；

所述信号控制开关，用于选择M路所述故障激发单元电路，并将所述输入信号输送至M路所述故障激发单元电路的输入端；其中，M≤N；

所述故障激发单元电路，用于对待测元器件进行故障激发测试；

所述测试电路，用于将故障激发单元电路21输出端的监测信号输出。

10.根据权利要求9所述的元器件故障激发装置，其特征在于，还包括电源控制模块；所述电源控制模块包含电源电路和电源开关，用于为所述故障激发模块中的各路所述故障激发单元电路供电。

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