摘要文中针对关于一种厚膜混合集成自激振荡电路进行了理论分析，并对批量化持续改进过程的技术作出了总结。介绍了该产品的电路、结构及失效产品的原因和解决方案，并进一步论证了自激振荡电路批产化和高可靠的设计原则，同时也对传感器行业特点及其发展方向进行了相关探讨。
　　
　　
　　厚膜混合集成自激振荡电路适用于加速度计，能与石英振梁配套，组成一种新型固态化、数字输出的加速度传感器。输出的频率信号完全由数字电路处理，无需进行A／D转换，同时可直接被导航计算机使用，从而消除了转换误差。
　　
　　该加速度计量程大、体积小、精度高、功耗低、启动时间短、可靠性高且具有较高的分辨率，应用前景广阔。可广泛应用于车辆导航、航海导航、空间微动力测量、井孔地层密度测量、地方的重力测绘、地震监视以及火山爆发监测等领域。
　　
　　1 产品描述和分析
　　
　　

该产品属于厚膜混合集成电路，交付使用后，还需二次组装，与石英振梁等结合组成用户所需的各种加速度计专用电路。
　　
　　由于石英振梁加速度计的底座与用户封装管帽的安装要求较高，所以用户对外形尺寸提出了具体的要求：封装形式采用圆形直插式金属外壳，壳体镀镍，引线镀金，上下均有引出线，上引出线用作与外接温度传感器互连，下引出线主要是输入输出端子，上表面陶瓷盖板高温黏接，最终用户封装后，形成密封结构的产品。
　　
　　产品内部，主要有3路方波振荡器，通过外接温度传感器实现输出频率为25～45kHz的方波。
　　
　　该产品线路上采用多反向器实现了多谐振荡，产生方波；工艺方面采用厚膜电阻、半导体反向器芯片、0603封装片电容以及金导体细线成膜工艺，多数元器件采用导电胶粘接。
　　
　　图3中Q1、R1、D1、D2组成恒流供电稳压源，通过D11、D21、D31为3路多谐振荡器提供电源。多谐振荡器由6个反向器及电阻电容组成，6反向器分4级，其4级顺序串联，而前3级组成振荡器。
　　
　　Q1、R1组成恒流源，其设定电流的大小，取决于后级电路电源需求，使注入D2稳压管的纯功耗性电流最小，从而降低电路总功耗。
　　
　　2 产品的持续改进过程
　　
　　用户在对产品测试和配合试用后，发现以下问题：
　　
　　(1)振荡频率与外接温度传感器未形成跟踪关系。
　　
　　分析：外接温度传感器焊接在上引出线上，外电路无法控制频率跟踪，说明产品内部存在接触不良的现象。
　　
　　开壳发现，上引线与焊盘的互连导电胶经多次环境和应力冲击已出现撕裂缝隙，正是裂隙的存在造成上引线与焊盘接触不良，导致外接晶体无法修正频率的现象。多次环境温度和机械应力试验，证实导电胶与镀金引线结合并不可靠。改进措施：上引出线采用锡焊包腿的连接方式。同时对应地进行版图优化。表贴元器件采用再流焊，用钯银导体印刷；上引线柱采用手工锡焊包腿，用钯银导体印刷；管芯仍采用导电胶粘接，用金导体印刷。金导体和钯银导体良好搭接。考虑到镀金引线焊接难度大，在布版时需注意。裸露的金焊盘应尽量远离焊接焊盘焊盘周围的金导体必须用介质保护。反复试验，制定了焊接细节工艺规定，确保了引线与焊盘互连的可靠性。
　　
　　(2)产品静态电流增大。
　　
　　分析：除静态电流外，其他指标均正常。3路多谐振荡器部分工作正常，且组成多谐振荡器的6反向器消耗电流较小，因此问题应在供电的恒流稳压源电路部分。
　　
　　如图3所示，恒流源部分的Q1是一种专用结型场效应管，其IDmax参数为15mA。开壳后，断开后续振荡器电路，即给图4电路加电，测试工作电流>15mA，与未断开其他电路的结果并无较大差异，由此可确定电流增大的现象属于场效应管工作异常所造成的，属于软故障。在高倍显微镜下观察，发现场效应管管芯压焊焊盘较小，而25μm金丝键合点相对较大。压焊功率稍有偏差，便会出现键合点大于压焊焊盘的现象，致使部分场效应管管芯造成损伤。
　　
　　措施：采用18μm金丝键合，压焊键合点小，确保场效应管管芯压焊可靠性。
　　
　　(3)三路输出中两侧两路输出变为高电平。
　　
　　分析：模块引出端除电源、地和输出端外，每路均引出两个端子用以外接晶体，而其中一个端子直接与反向器的一个输入引出脚相连，反向器属于CMOS器件，即静电敏感器件，由此考虑可能由于静电造成反向器损伤，导致模块故障。
　　
　　依据电路原理图，静态电路中，6反向器4级顺序串联，除C12(C22、C32)电容外无直流反馈，从输出级向输入级进行逐级排查，发现各反向器逻辑关系正常，确定为第一级的输入脚高电平非正常。测试该输入脚与相邻电源端子14脚之间的电阻，发现二者之间阻值约为250Ω，而正常时是MΩ级。由此断定该反向器静电击穿，造成反向器前级输入脚对电源低阻短路，形成高电平。
　　
　　电平逻辑后推，输出变为高电平：6反向器4级顺序串联，前面3级组成振荡器，若第一级输入端到电源约有250Ω的上拉电阻时，输入端便会产生固定高电平，破坏振荡条件，形成无波形输出故障。高电平输入，连续反向4级，输出变为高电平。
　　
　　另外，3路引出端子中，两边较易与外界接触，受到静电伤害的几率也较大，故该静电故障大多表现为两边两路引出端子损坏而中间一路正常。
　　
　　措施：加强过程静电控制。(1)生产完成后，在外引线端子之间加短路片，以确保产品在传递、包装、运输等环节中避免静电损伤。(2)建议用户在焊接完成后再取下短路片。(3)对于静电敏感产品加强过程质量控制。
　　
　　3 结束语
　　
　　文中所述产品在国内处于领先地位，并可替代国外同类产品。该产品与石英振梁配套组成一种新型固态化、数字输出的加速度传感器，在惯性导航和制导系统中将得到更加广泛的应用。
　　
　　【红尘有你】