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[参考译文] TM4C1294NCPDT：灾难性器件故障

admin
Guru**** 2482225 points
Other Parts Discussed in Thread: TM4C1294NCPDT, TM4C1294NCZAD, EK-TM4C1294XL

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https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/arm-based-microcontrollers-group/arm-based-microcontrollers/f/arm-based-microcontrollers-forum/711547/tm4c1294ncpdt-catastrophic-device-failure

器件型号：TM4C1294NCPDT
主题中讨论的其他器件： TM4C1294NCZAD、 Strike、 EK-TM4C1294XL

您好！

我最近在正常运行3个月后遇到 TM4C1294微控制器灾难性故障。 故障发生在一个使用了几年的设计上、而故障模式是我之前从未见过的。 器件正在下拉3V3电源线。 器件上从 VDD 到0V 的电阻测量值小于1欧姆。 我们已更换主板上的器件。 它现在按预期运行。 通过电源电压检测、与处理器相关的信号未发现故障的根本原因。   

我已经考虑过 ESD 损坏、但在过去、这通常表现为闪存损坏、而不是灾难性故障。 我还考虑了 CMOS 闩锁问题、但我相信现代 CMOS 器件已经彻底解决了这一问题。 组装/制造问题是另一个可能的原因、但我们对故障器件的初始检查没有明显的组装问题、也没有短路等

如果有人对可能的根本原因有任何想法或经历过类似的故障机制。 我想听听你的意见。

谢谢你。   

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    "提供的事实"可能会导致(更多)而不是更少的问题？

    [引用 USER="RKROBIN"]微控制器在正常运行3个月后发生灾难性故障。[/QUERPLET]

    [引用 user="RKRobinson "]几年前的设计失败

    您的报告注意到、"几年前的设计" (假设成功) -但(特定)故障器件已"正常"执行-(仅限) 3个月！   (部分)不会解释为什么(显然)该董事会"投入服务"(远远晚于)、而其他"多年"董事会的原因-证明是有用的？

    • 此故障电路板是否可能是"更换？"   (对于早期出现故障的电路板)  如果是、则表明工作环境具有挑战性。
    • 您是否定期使用此类(新)电路板？   (它还描述了此故障电路板的'3个月寿命')
    • 是否有任何组件、软件或汇编/处理"更改"会影响此故障电路板？   "活动的后期"介绍没有解释-"不当处理"(如果董事会是"多年前"与其他人一起建造的)可能证明是合理的。
    • MCU 是否是"唯一"的组件发生故障？   这是一个"关键/关键"线索-但保持沉默...   (MCU 短路时-电路板的3V3稳压器 要么进入"电流限制"、要么也是由于需求过剩而死亡。)

    根据我公司在 ARM MCU (多家供应商：ARM Cortex：M0、M3、M4、M7)方面的(长期)经验、我们怀疑：

    • VDD 超出规格-(而是)严重(按电压)或(按持续时间)... 或者两者兼而有之！   (特别致命...)
    • 电路板"反向供电！"   

    在匆忙的实验室条件下- I (过去)"绕过"我们的"AFE -极化连接器" (从而切换电源引线)-并吹风：

    • MCU
    • 电力进口电 电容器
    • 两(2)个稳压器！   

    然后、我们的 MCU "重新读取"-正如您所描述的...   (希望我能"做到"更广泛地报告电路板损坏情况"、从而减少"故障排除变量"的数量、这一点始终是可取的。)

    最后、"电路板故障频率"、而不是"仅一次故障"的注意、证明了它更具洞察力！     "数百个成功"中的一个失败必须与 "数量减少"成功不同。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    RKRobinson、您好！

    这是一次性故障还是重复发生？ 如果重复此操作、会影响多少个电路板、发生故障的频率是多少？ 此外、如果存在多个器件的情况、所有故障器件的故障条件是否相同？

    从您的初始开机自检开始、似乎只有一台设备出现故障。 如果是这种情况、从应用支持的角度来看、我们很难提供有价值的反馈。 您已经讨论了我们观察到的最常见故障原因。

    如果您的主要目的是了解单个单元故障的根本原因、则最好尝试提交故障分析请求。 如果您有当地的 TI 支持团队、他们可以处理此问题、也可以联系您提供器件的经销商。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    拉尔夫
    这是使用该器件大约三年后的一次故障。 因此、此时我正在寻找任何可能遗漏的东西。
    谢谢。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您能否粗略估算3年内使用此设计构建了多少个器件？  我所得到的是、该故障是100分之一还是100分之一。

    我主要问的是、我碰巧有一个故障相同的器件(VDD 对地短路、通过更换 TM4C 器件进行维修)、没有明显的原因。  我们的设计和制造方法极其稳健(替代电源、大量去耦合、输入 ESD 保护级别近乎荒谬、IPC 3类组装、组装前从所有 MSL2+器件烘干水分、硅树脂保形涂层等)、 但在大约2年的时间里、我们只生产了几百个器件。  我最初将其标为 ESD 或瞬态电压尖峰损坏、但您的故障与我的故障非常相似、这让我对我的结论提出质疑。

    如果您已经构建了数以万计或更多的器件、并且只有一个故障、那么我不会担心在这个问题上花费太多时间。  但是、如果像我们一样、您还没有生产出这么多器件、并且看到了我们同样的故障、我可能会问您是否会分享您的器件来自哪个 TI 批号。

    本

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    小更新：发布后、我意识到我们在技术上使用不同的器件。 我使用的是 TM4C1294NCZAD (BGA 封装)、而您使用的是 TM4C1294NCPDT (QFP 封装)。 如果 TI 不将批次编号重新引用到裸片批次、这可能会使 TI 批次编号比较变得不太有趣。 我假设刀版在 PDT 和 ZAD 封装中是相同的、但我认为、即使是这样、也可能不正确。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    当其他(潜在、甚至可能)原因没有很高的证据时、"ESD"实际上会收到"主要可疑"状态。   而且-如您所知- ESD 可能发生在任何地方-并且在"整个"条目和顺序处理/处理中重复发生-在您的设施中。   此外、一旦"芯片内部"、ESD 缺陷通常会增加、并在数量上变得足够、最终 (几天/几个月后) 就会被注意到。   (即导致某些故障)

    请注意、首先、我-随后是该供应商-现在您-都已明确要求"故障器件" "已交付百分比！"   该关键反馈 "从未"正确提供。

    在类似的半巨型工厂工作时、人们知道"芯片衰减"之后进行光学检查-通常提供(快速/脏)-"首次通过 "故障分析。   器件几何尺寸缩小导致 VDD/VSS 内部布线(通常情况下)"隔离"。   (即 MCU 的每个'IDE'都有唯一的 VDD/VSS 布线。)   (这可以通过"小心正确"(ESD 安全)探测来确认新器件。)

    当 VDD-VSS "短"(如您所述)仅限于 单个 MCU/IC 侧时、如此强烈地指向"该"侧到达的"罪犯"。   当"全部" 4个 MCU 侧受到影响时、最有可能发生电源反向或(延长)偏移-超出 VDD-VSS 规格。

    该器件是否仍然可用？   (即使是"放松！"、也应予以保护)   大多数半供应商都将执行此类事后审查(优雅)-如果您满足他们(供应商特有)的"资质"。   (每年的采购量-大声说话！)   某些(高级)电路板组装公司可能拥有 执行此类分析所需的设备-以及... (再次-除非你有一个"低压"关系-你的支票簿-几乎肯定-将会减少...)

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    所有、

    感谢您的回复。 目前、我们在40个制造的器件中有两个发生故障的器件。 该特定产品是一种新设计、但在过去的三年中、我们可能一直在其他产品中使用该器件、没有任何故障。 所有电源线都受 TVS 保护、所有用户可访问的 I/O 都受 TVS 保护。 该设计最初是使用 ESD 枪进行测试的、我已经重新访问了该测试。 但是、我无法重现故障。   

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    [引用 USER="RKRobinson ]最初使用 ESD 枪对设计进行了测试... 并重新访问...[/quot]

    是否执行了此类测试-无论您的设备是否已通电(在适当偏置下)、还是(再次)未通电/无偏置？    电路板/系统断电时可能(甚至可能)发生 ESD 事件-是否确定(保证)所有保护组件-在这些情况下(仍然)将在"全强制"状态下运行？

    这些组件是否是从相同来源购买的？   如果购买的是低批量(非卷带)产品-您的(发生故障的) MCU 是否已收到"低于原始处理能力"@总代理商？   (我们的客户报告了...  总代理商 和/或他们的支持者-应该对我们的客户"直接解雇"-绝不是(这 位无脸/简单)的记者...)

    40人中有两人会说："我的公司一定会注意到！"   您肯定已经调查过"任何/所有"差异、也就是"三年-无故障产品"和"新的、无故障产品"之间的差异。   作为一种快速/轻松的"弥合这一差距"的方法-您是否可以将"无故障"产品中使用的多个 MCU 替换为新抵达的 MCU、然后"全天候(或酌情)运行"尝试"引发此类故障？"   

    按照这些思路-我们的电路板测试(用于国防/医疗设备)始终采用"重复和连续温度循环(高到低)"、且电路板处于/接近最大额定值-在"客户同意"的持续时间内进行。   电路板-能够通过此类测试-根据我们的经验-始终享受最低的故障率-毫无疑问...   

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    拉尔夫

    我们现在总共有5个器件发生了故障。 所有短路 VDD-GND。 我已经重新访问了该设计并查看了以下内容。

    VDD 纹波：48mV p-p 也受一个晶体管保护。

    所有未使用的 I/O 引脚均连接至 GND。

    未使用的 USB 引脚通过1K 电阻器拉至 GND。

    在不使用时、我们确实将 Vbat 引脚连接到了数据表中指定的 VDD。 我确实检查了 VDD 上的上升时间、它比0.7V/us 慢得多  

    主晶体振荡器遵循数据表中的建议表。  

    我们的供应商提供的回流焊配置文件。

    MSL 问题。 根据我们的供应商、作为 MSL 3器件处理。   

     在过去十年中、我们使用了 LM3S9B96-IQC80-C5、而没有出现任何故障、我还记得。 我们的器件已在现场运行了至少3-4 年、而且没有故障。 如果这是一个设计问题、我们会看到更多的现场故障、我会有所期待。 是否可以将设备返回以进行事后剖析？ 如果是、我们如何处理这个。 是否也可以与应用工程师交谈或拜访他人？

    谢谢、

    Richard。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您好 Richard、

    TM4C1294与 LM3S 器件有多种不同、它们的替代产品并不完全减少。 是的、许多设计实践都可以重复使用、但我不认为像您所暗示的那样比较这两者是一个安全的假设。

    尽管如此，我绝对同意不会出现这种故障，而且设计中的某些东西必须造成目前未查明的问题。

    如果您尚未完成此操作、我建议您再次交叉检查我们的系统设计指南 ：www.ti.com/.../spma056.pdf

    关于退回器件、是的、您肯定可以请求对出现的问题进行分析。 这可以由您当地的现场销售团队完成、如果您没有此类联系人、请通过以下表格 ：www.ti.com/.../createReturn.tsp

    故障分析过程可能会告知器件损坏的可能根本原因、因此您只需更少地关注调查、具体取决于损坏本身的表现。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    拉尔夫
    原始设计是根据设计指南完成的。 最近几天内、我再次访问了数据表、设计指南和勘误表。 我还将 Launch Pad 设计与我们的设计进行了比较。 我可以向您发送设计并让其恢复吗？ 因为如果是设计问题、我无法找到它。 我们将所有代码移植到 TI-RTOS。 除了 I/O 引脚配置、我们还使用 TI 驱动程序。
    谢谢、
    Richard。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    RKRobinson、您好！

    遗憾的是、我们不会在 E2E 论坛上处理原理图和设计审查。 通常、当要求时、我们建议客户与第三方设计人员合作、例如 TI 设计网络中的设计人员。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    同时、"两个人的 OH "-回应收到回复回复：过去的诊断建议-送达(另一个！)

    FiRM /我观察到(耳戴式)、当"MCU"被探测(板载或非板载且未通电)时、"有问题的引脚"(导致 MCU 损坏)通常会"自我"。    (DMM 设为 kΩ μ s。)   与(其他-通常为 GPIO 引脚)进行比较/比较时、"违规者"可能(也)短接至 VCC/GND (现在已连接)或存在"显著差异"。

    这不能等于供应商的(正确)检查-但已经证明了价值(多次)并产生了(快得多)结果...   (成功时)

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    CB1、
    谢谢。 我将研究 I/O 引脚。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    [引用 USER="CB1_MOBIST]FIRM/I 已经观察到(耳戴式)、当"CU 探测到"(板载或非板载且未通电)时、"有问题的引脚"(导致 MCU 被破坏)通常会"自我"。    [/报价]

    同样、DMM 二极管检查往往会发现 任何短路的 I/O 栅极或轨二极管 、如果不是这样、那么将 MCU 留在 PCB 上的速度也会更快。  

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    通过发布解决后发现事实根本不是事实。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    [引用 user="BP101"] DMM 二极管检查往往会发现 任何短路的 I/O 门或轨二极管 ，如果速度不快的话也会一样快[/引用]

    您如何证明自己的"如果不快"评论？   回想一下、海报中建议使用"检查电阻差异"-比较/对比"良好 MCU" 与"不良 MCU"。   当(多个/大多数) DMM 设置为"二极管测试"时-它们在进行电阻测量时证明"无效"。   这就是这些"距离"电阻测量值-我的团队认为这些测量值很有用。

    仅通过定向"二极管测试"进行测试-这些关键电阻测量将需要"功能切换"(进入电阻模式)、因此需要更长时间才能令人满意地完成！   此外-您将注意到、过去指定的"电阻模式"可轻松检测(VDD 或 GND)短路-无需(明显)延迟、 (接近) 无限"功能切换"。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    然而、典型的曲线跟踪器采用跌落技术 XY 矢量来检测不良的栅极或轨二极管。 欧姆检查向 I/O 施加1伏电压、并缓慢地为周围的轨电容器充电、而不是使部分短路的 GPIO 引脚变斜。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    当不确定是否将其关闭时、DMM 二极管模式会立即检查引脚轨二极管的压降！ 尽管 VDD 与 GND 之间具有灾难性的1 Ω VDD、但在不移除 MCU 的情况下、不太可能更好地揭示出哪个引脚短路。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    CB1、

    我们检查了器件上的所有引脚、并发现多个 I/O 引脚读数对地短路。 有趣的是、没有连接的两个引脚短路。 这让我相信损坏是由 ESD 事件造成的。 因为我无法想象栅极结构在未连接的引脚上发生故障的其他原因。 驱动板背面 LED 的其他两个引脚的故障方式类似。 我已经跟踪了我认为 ESD 问题的根源。 事实证明、这是连接到电路板组件的塑料部件。 感谢你的帮助。

    Richard。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您好 Richard、

    感谢您的更新、感谢 CB1为解决此问题提供的出色提示。

    如果你是 Richard、你能验证我建议的 CB1中的帖子作为解决方案吗？ 如果将来有任何用户遇到此主题、这就正确地证明了他的帮助。 )
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    感谢(两者)海报 Richard、当然还有供应商的 Ralph、他在整个"不可知的练习"中给予了鼓励。

    另请注意，“越来越渴望”，“在主(MCU)板上安装信号 LED”，而“通过塑料“光导”将光导管”(通过塑料“光导”)连接到控制面板，这种方法确实…… 证明 ESD 具有吸引力！

    任何/所有连接(即使是那些(严格)机械连接)都会退出 MCU 的 PCB -但到达@"外部世界"(通常为面板)是非常可疑的-需要(非常)仔细考虑！

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您是否认为 MCU 在大多数 GPIO 引脚和人体接触认证中内置了一些 ESD 保护。 除非20kV 以上的蓝色电弧尖峰在上述引脚仅来自 ESD 时就会带来这种困境、否则这是非常不确定的。 更像是雷击附近的 EMI 和直流电源入侵。

    在太阳能电池板覆盖的屋顶上容易遭受冲击的区域、MOV 放置在直流电源输入端、而不是一个接地的单个照明棒等。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    所有、

    就像添加的数据点一样。 我决定采用 TI 的 EK-TM4C1294XL Booster Pack 板之一、并使 I/O 引脚受到一些 ESD 放电。 处理器故障模式与我们在电路板上看到的故障相同。  

    谢谢、

    Richard。   

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    感谢您-这是一份非常详细的报告-并"进一步强调"在所有环节-在 MCU 接收/组装/测试/包装流程中、严格执行 ESD 措施的重要性！"

      适当和永恒(和强制)警惕 -似乎是最好的、"带走"。    即使是必要的腕带和静电耗散工作、也不会感到舒适和不方便。

    如果可能、您是否可以识别'Transsil vendor'-理想情况下甚至是器件型号？   我的公司已将(非常)快速 N-FET (由(更快)检测电路触发)部署到"钳位电压"关键信号节点、这些节点(必须)始终受到监控和保护...

    [编辑]... 某种程度上-海报 Richard 的"Transsil"和(其他)有效的 ESD 保护技术发布-已经"出现了！"   (替换为"感谢")   注意到该帖子是在"关注"中构建的(具体而言)、以张贴 Richard (现为 AWOL)先前的帖子...

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    好奇心会得到罗勒、TVS 二极管等吗？

    Toshiba 使经过微型20kV 双向 TVS (DF2B5M4SL)测试的2-3级 ESD 枪、如果没有小放大倍数、则很难看到。

    另一个出色的3V3 - 3v6电视是 OnSemi ESD9C3.3ST5G (15kV 空气接触8kV、>16kV 3类人体) SMT gullwing 响应时间<1ns、非常容易添加到售后 Booster Pack GPIO 引脚或放置旁路电容器(0402焊盘)顶部。 然而、ESD 发生的频率是从零开始的、通常是通过人或动物接触来提供的。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    CB1、
    不确定我的原始帖子发生了什么、再次发布了一般内容。 在回答您的问题时、瞬态是 TVS 二极管。 仅是其 TVS 器件版本的 ST 商标。
    Richard。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    感谢您-感谢您-我们的几个"巨大"客户似乎都在使用 "Littelfuse 电视 设备。  (这就是他们的拼写方式、大家)  当不同供应商采用不同的定义/引用/名称以及"(不平等)测量点"时、必须比较/对比规格-总是令人高兴的。

    似乎有一句，也许有两句“已改进”--在你以前的写过--但“食物”(消失了)……  

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    [引用 USER="RKROBIN"]我决定采用 TI 的 EK-TM4C1294XL Booster Pack 板之一，并将 I/O 引脚置于 ESD 放电状态[/引用]

    RKROBIN 说：
    处理器故障模式与我们在电路板中看到的故障相同。  [/报价]

    您的实验尚未证明上述灾难性 GPIO 损坏的根源。 似乎您的 ESD 枪式测试表明 您的 PCB 在现场接触人体。 根据 FCC 规则规定、您的系统 PCB 是否位于屏蔽式半金属容器内。

    当然 、如果 从枪中暴露在 ESD 冲击下的水平远远超出数据表规格 、并且 您承认了3级 测试20kV 绕组 MCU、则 Launch Pad 将失败。 这并不是证明 ESD 是 或是您最初故障的原因的确凿证据。  TM4C129x 设计指南 阐明  了人体接触附近的外部暴露 GPIO 引脚 应 受到 TVS 或其他保护器件的保护。 您的定制 PCB 似乎省略了类似暴露的 GPIO 区域中的任何保护器件？

    同样 、LaunchPad 的 ESD 3级测试并不完全是同类比较。  更 有可能 会跳转至错误 诊断、这是基于对故障 GPIO 引脚的极有限的已发布线程信息、这些 GPIO 引脚用于任何控制电路的外部或暴露的人体接触。  

    适当的测试 包括为    定制 PCB 的任何暴露的 GPIO 引脚添加保护、并且仅将 (感知的)人体接触的故障引脚暴露在类似的 ESD 测试中。 空气传输 ESD 将通过 PCB 的适当布局进行控制 、该 PCB 的框架接地 布置在连接到接地的半金属外壳内。  也许、一旦 您正确识别 出 GPIO 损坏的来源超出了 ESD 2级或 3级暴露的指导原则、就可以采取纠正措施。

    似乎您正在 根据糟糕的法医证据进行逻辑扣减。    

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    BP、

    整个测试的目的是确定暴露于 ESD 下的处理器故障模式是否与我们遇到的故障相同。 我故意咄咄逼人、意图使器件发生故障。 使用3级接触放电、电压为6kV 而非20kV。 为此、器件发生故障、VDD 短接至 GND。 这与我们在其他4个器件上看到的相同。 除此之外、我们还采用了以前发生故障的器件并检查了所有 I/O 引脚是否损坏、至少有2个发生故障的引脚可直接连接到在生产过程中添加到组件的塑料零件。  另外两个未使用且未连接 GND 的 I/O 引脚也发生了故障、我相信这会增加 ESD 理论的可信度。 在生产过程中、相关故障器件在构建过程中失败。 这不是一个潜在的失败。 我相信您知道人体模型是一个指标、而不是绝对的。 在现实世界中、ESD 事件很容易超过人体放电模型的特征。 尤其是在湿度较低的区域或空调环境中。 虽然不可能明确指出这些故障的根本原因是 ESD。 似乎有足够的证据支持这一理论、虽然发货的电子产品受到金属外壳的保护、但在构建过程中却没有受到保护。 用户可以接触的所有电子器件都受到适当的保护、并已使用 ESD 枪进行测试。 所有电源线均受 ESD 器件保护。 这不是一种新设计、而是一些在现场已有两年以上未发生故障的器件。 这些故障是一个重新发送的群集、它指向生产过程中的最近更改和/或做法。

    这是一个分享知识和想法的论坛、您的评论似乎是故意批评和无用的！

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您好 BP101、

    鲁宾逊已明确表示、他对自己的发现感到满意、我认为他的发现没有问题。

    根据他在上一个帖子中对您的反馈所表达的看法、我删除了您最近帖子的内容、并要求您不再回复此主题。