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EE人生:離奇滑鼠爆炸事件

上網時間: 2011年05月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:ESD  滑鼠  ASIC  MIL-STD-883  靜電 

我被要求去幫助一位同事,‘Joe’,一位不太有經驗,卻面臨ESD問題的工程師。這很恰當,畢竟我已經有整整五年的工作經驗了。

出問題的只是一支電腦滑鼠。但是,我們銷售成千上萬的滑鼠給我們最好的客戶,其中之一是當時全球最大的電腦製造商。當我加入時,這條生產線已經停下約一星期了,所以,整個情況….我只能打個比方,看來頗為混亂。

在那個相對潮濕的春天,滑鼠已經出貨幾個月左右了。但夏季較乾燥少雨的天氣卻導致更多靜電事件,而且有缺陷的滑鼠被召回的速度遠快於我們出貨替代品的速度。

這款滑鼠通過了基本的靜態ZAP測試,但我們使用接地方法時,討厭的事情發生了,與在外地發生過的情況一樣,它們就在實驗室爆炸。

該滑鼠採用一款由我們的電腦製造商客戶所設計的ASIC。“用這個,”他們告訴我們(“或完蛋”──這部分純粹假設。)因此,滑鼠基本上是是在我們的工廠完成設計及生產。因此,我們必須對該設計的性能負責,因為 ...好,客戶確信我們是負責任的,業務也同意這一點。

因此,我們每天舉行內部會議報告進展,滑鼠的左、右鍵爆炸……報告已經淹到腳踝高了,答案仍未出現。

第一條線索很快出現。當然,那顆ASIC失效了,我們找到了失敗的輸入接腳。但是,該晶片通過了當時的MIL-STD-883版本測試,這項測試是晶片級ESD強韌性的金級標準。因此,理論上我們的電路板佈局是錯誤的。至少,這是業務的理論。 (業務的確很有用,真的。)

我們(說實話,主要是Joe)嘗試了各種方法來強化電路板。我們知道,添加濾波器和電容並不能從根本上解決這個問題,但ASIC不但早已通過,而且還再次通過了MIL-STD-883測試,而電路圖並沒有什麼明顯錯誤...

經過最初恐慌的第一個星期,再一個星期過去了......然後是更多星期,幾個月。我無法描述當時經歷的地獄,事實上,它很快變成極其昂貴的問題。這件事不會輕易結束。我們幾乎知道問題出在ASIC的靜電放電性能,但沒有證據。我們當時每週與ASIC供應商開電話會議,但沒有任何結果。

然後,救星出現了。我們的QC經理──他是憑著以往牙醫保健員的經驗(不要問),被外部諮詢公司僱用來分析ASIC。這些專家除去了晶片的封裝,用顯微鏡拍下高解析照片。

他們的照片顯示裸晶上遍佈微小火山孔,這是因為晶片一直噴砂。他們的裁決是,ASIC供應商有“一些製程上的問題”。

由於顧問們解釋了這一點,我越來越擔心,因為這聽起來並不真實。一家主要的ASIC供應商所出貨的產品在絕緣層頂部有明顯痕跡,而且還持續數個月?即使在我們抱怨該問題後,他們仍認為並沒有問題?而且,即使該推論正確,它又是如何與ESD故障有關?

而後,諮詢公司的首席工程師指出接近一個大型架構的顯著痕跡,說:“你可以看到這個毀損之處多靠近電晶體的輸出。”輸出電晶體?這真是一語中的!任何曾經有晶片開發經驗的人,都能立即識別出在半導體製程中用來匹配層的標記。我們實在是在這些顧問身上浪費時間。之後我發現,他們會用硫酸加水在晶片上造出這些痕跡。

我立刻回去,並打電話給那些能夠拜訪具備相同設備業者的朋友。幾個小時後,我趕過去,以正確的方式開封晶片,並用朋友的顯微鏡觀察晶片。

現在,問題越來越明顯。任何與輸入接腳連接的CMOS閘極都需要ESD保護結構。那個失效的輸入確實有這樣的架構,但它卻是在錯誤的輸入閘。順序應該是焊盤和ESD結構,然後是CMOS輸入。但相反地,他們是焊盤和CMOS輸入,而後是ESD架構。在該ESD事件中的驚人快速上升時間條件下,CMOS輸入在事件能夠觸發ESD架構前便可能有時間導致故障!

這相當於將安全氣囊放到駕駛座後方,用駕駛的身體來保護安全氣囊免於衝撞。

那天下午,Joe喬和我打電話聯繫我們的ASIC供應商,告訴他我們找出問題了。他的回答仍然讓我的手指關節發白:“哦∼∼這樣。我們在工廠有一個修改過的版本,樣品應該在兩星期內可準備好。”他們已經知道有關這個問題達5個月之久了。在我們開始生產前他們就知道了。他們知道,但在每星期的電話會議中……對不起,我得去找些什麼東西來砸一下...

無論如何,我們向客戶呈交了所有證據,這時候的憤怒便與大約數百萬美元的召回成本有關了。我們證明了客戶設計的ASIC是有缺陷的,錯誤是ASIC供應商造成。

所以,當然!──最後是我們支付所有的召回成本!

如果你聽到我們的經歷部份並因而搖頭,千萬別放在心上。‘Joe’和我在我們的職業生涯中已經做得很好了,而事實上他已經擁有自己的事業。解決一個問題後,另一個總是會緊追而來。

編譯: Joy Teng

(參考原文: Knee deep in exploding mice,by Mike Bergman)





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