一、概述

 

氣密性封裝腔體內(nèi)的自由粒子是影響元器件可靠性的重要因素之一，若氣密性封裝的集成電路、混合電路等的腔體內(nèi)存在自由粒子，即存在可動(dòng)多余物時(shí)，當(dāng)器件處于高速變相運(yùn)動(dòng)、劇烈振動(dòng)時(shí)，這些自由粒子會(huì)不斷碰撞。自由粒子為金屬等導(dǎo)電性物質(zhì)時(shí)，可能會(huì)干擾和影響電路的正常工作，使電路時(shí)好時(shí)壞，嚴(yán)重時(shí)則使電路完全不能正常工作；即使是非導(dǎo)電性的顆粒，當(dāng)其足夠大時(shí)也可能使電路的內(nèi)部鍵合絲等發(fā)生形變。為此，許多電路要求篩選時(shí)必須做 PIND。為了控制電路封裝腔體內(nèi)的自由粒子的大小和數(shù)量，以減小粒子對(duì)電路可靠性帶來(lái)的危害，在電路的封裝工藝過(guò)程中需要對(duì)內(nèi)腔內(nèi)的可動(dòng)顆粒和在試驗(yàn)或使用中可能脫落下來(lái)成為顆粒的情況進(jìn)行全面的控制。在實(shí)際控制中需要根據(jù)不同外殼的具體生產(chǎn)情況、不同的封帽工藝等，在封裝工藝過(guò)程中采取不同的預(yù)防措施進(jìn)行控制。本試驗(yàn)的目的在于檢測(cè)器件封裝腔體內(nèi)存在的自由粒子。這是一種非破壞性試驗(yàn)，當(dāng)粒子質(zhì)量足夠大時(shí)，通過(guò)它們與器件封裝殼體碰撞時(shí)激勵(lì)換能器而被檢測(cè)出來(lái)。

 

粒子碰撞噪聲試驗(yàn)的原理是對(duì)有內(nèi)腔的密封件（如微電路）施加適當(dāng)?shù)臋C(jī)械沖擊應(yīng)力，使黏附于微電路腔體等密封件內(nèi)的多余物成為可動(dòng)多余物。同時(shí)施加振動(dòng)應(yīng)力，使可動(dòng)多余物產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)的多余物與腔體壁撞擊產(chǎn)生噪聲。通過(guò)換能器檢測(cè)噪聲，判斷腔內(nèi)有無(wú)多余物。

 

二、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

 

本試驗(yàn)是檢測(cè)器件封裝腔體內(nèi)存在的自由粒子。這是一種非破壞性試驗(yàn)，適用于檢測(cè)氣密封器件（有密封腔體的）電子產(chǎn)品，適用于GJB 128方法2052、GJB 548方法2020、GJB 65B 等。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法基本一致，且都是通過(guò)元器件的內(nèi)腔高度決定振動(dòng)頻率。除了電磁繼電器，其內(nèi)部的特殊性（器件內(nèi)部有動(dòng)觸點(diǎn)等活動(dòng)單元）導(dǎo)致它試驗(yàn)選取的沖擊脈沖與其他元器件不同外，一般電子元器件的沖擊都是 1000g，加速度分兩個(gè)條件：條件 A和條件B，條件A加速度為20g，條件B 為10g，主要根據(jù)產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)范或客戶要求進(jìn)行選取。

 

1.試驗(yàn)儀器

 

粒子碰撞噪聲檢測(cè)（PIND）試驗(yàn)需如下設(shè)備或與之等效的設(shè)備：

 

1）一個(gè)閾值檢測(cè)器

 

它能檢測(cè)出比相對(duì)于系統(tǒng)“地”的超過(guò)預(yù)置閾值峰值為20mV±1mV的粒子噪聲電壓。

 

2）振動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)裝置

 

它們?cè)谙率鰲l件下可對(duì)被試器件（DUT）提供基本為正弦的運(yùn)動(dòng)：

 

（1）條件A—在40～250Hz時(shí)峰值為196m/s2。

（2）條件B—頻率大于等于60Hz時(shí)峰值為98m/s2。

 

3）PIND換能器

 

其峰值靈敏度應(yīng)在 150～160kHz 范圍內(nèi)某個(gè)頻率上，以 1V/0.1μPa 要求校準(zhǔn)（應(yīng)以1V/0.1μPa對(duì)應(yīng)-77.5dB±3dB的要求校準(zhǔn)）。

 

4）靈敏度檢測(cè)裝置（STU）

 

用來(lái)定期評(píng)定 PIND 系統(tǒng)的性能。STU 應(yīng)包括一個(gè)其容差與 PIND 換能器容差相同的換能器，以及一個(gè)能以250×（1±20%）μV 的脈沖激勵(lì)換能器的電路。當(dāng)此換能器以黏附劑與PIND換能器相耦合時(shí)，STU應(yīng)能在示波器上產(chǎn)生一個(gè)峰值約為20mV的脈沖。

按鈕式開關(guān)應(yīng)為無(wú)機(jī)械振動(dòng)、動(dòng)作快、金觸點(diǎn)的微動(dòng)開關(guān)。

 

電阻公差為5%，且為無(wú)感電阻器。

 

電源采用標(biāo)準(zhǔn)干電池。

 

試驗(yàn)期間，相互耦合的換能器之間必須同軸。

 

輸出到STU換能器的電壓應(yīng)為250×（1±20%）μV。

 

圖1 典型的靈敏度試驗(yàn)裝置

 

5）PIND電子設(shè)備

 

該設(shè)備的電子線路放大器在 PIND 換能器具有峰值靈敏度的頻率中心值上增益應(yīng)為60dB±2dB，放大器輸出端的噪聲峰值不得超過(guò)10mV。

 

6）黏附劑

 

用于連接DUT與PIND換能器的黏附劑應(yīng)與STU試驗(yàn)時(shí)一致。

 

7）沖擊裝置或工具

 

該裝置能對(duì)DUT施加峰值為 9800m/s2±1960m/s2的沖擊脈沖，主沖擊脈沖延續(xù)時(shí)間不超過(guò) 100μs。若采用了可同時(shí)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的系統(tǒng)，在施加沖擊脈沖時(shí)，可能使振動(dòng)受到一個(gè)時(shí)間不超過(guò) 250ms（試驗(yàn)過(guò)程中從施加的最后一個(gè)沖擊脈沖開始時(shí)刻算起）的中斷或擾動(dòng)。應(yīng)在沖擊脈沖幅值的（50±5）%沖擊脈沖點(diǎn)上測(cè)量沖擊試驗(yàn)的時(shí)間。

 

2.儀器靈敏度校準(zhǔn)

 

除用上述所示的靈敏度檢測(cè)裝置（STU）來(lái)定期評(píng)定 PIND 系統(tǒng)的性能外，還可以用以下方法進(jìn)行儀器靈敏度校準(zhǔn)：將事先放入硅鋁絲引線作為模擬粒子的空體外殼耦合在振動(dòng)臺(tái)上，此時(shí)應(yīng)有明顯粒子的信號(hào)輸出。將另一只同樣尺寸但其內(nèi)部沒(méi)有任何粒子的標(biāo)準(zhǔn)容器重復(fù)上述試驗(yàn)，此時(shí)示波器上應(yīng)顯示出一條水平直線（除了背景噪聲外無(wú)粒子噪聲信號(hào)），若此時(shí)發(fā)現(xiàn)有尖峰信號(hào)，應(yīng)找出具體原因，并設(shè)法排除。

 

3.試驗(yàn)程序及方法

 

（1）將試驗(yàn)樣品（微電路等有內(nèi)腔的密封件）的最平滑、最大的一面用聲耦合劑黏合在振動(dòng)臺(tái)上。

（2）設(shè)置試驗(yàn)程序。

 

① 先施以峰值加速度為（9800±1960）m/s2，一般選 1000g，延續(xù)時(shí)間不大于 100μs 的沖擊脈沖，沖擊3次。

② 再施以頻率為 60～130Hz，這里頻率的選擇與器件的內(nèi)腔高度有關(guān)，如表 1所示。峰值加速度為196m/s2或98m/s2的振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)間3s±1s，上述程序循環(huán)4次，再對(duì)試驗(yàn)程序進(jìn)行全面的檢查。

 

表1 196m/s2加速度時(shí)試驗(yàn)頻率與內(nèi)腔有效高度的關(guān)系（條件A）

 

（3）試驗(yàn)判據(jù)：在監(jiān)測(cè)中，若由檢測(cè)設(shè)備指示出除背景噪聲之外的任何噪聲爆發(fā)（由沖擊本身引起的除外），都應(yīng)導(dǎo)致器件拒收。

 

4.試驗(yàn)篩選

 

除另有規(guī)定外，批接收試驗(yàn)中用于篩選的檢驗(yàn)批（或子批）檢查，應(yīng)按條件 A 的要求進(jìn)行最多5次的100%PIND試驗(yàn)。不應(yīng)進(jìn)行PIND預(yù)篩選。在進(jìn)行的5次試驗(yàn)中，只要有一次試驗(yàn)的失效器件數(shù)少于 1%，則認(rèn)為該批器件通過(guò)了試驗(yàn)。在每次試驗(yàn)后剔除失效的器件，若第 5 次試驗(yàn)時(shí)，失效器件數(shù)仍不小于 1%或 5 次累計(jì)失效數(shù)超過(guò) 25%，則該批器件應(yīng)被拒收，并且不允許對(duì)其重新進(jìn)行試驗(yàn)。

 

三、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的理解

 

本試驗(yàn)的目的在于檢測(cè)器件封裝腔體內(nèi)是否存在自由粒子，若是由于器件內(nèi)的工藝結(jié)構(gòu)引起的噪聲信號(hào)，則不進(jìn)行判定的。粒子碰撞噪聲試驗(yàn)的檢驗(yàn)人員需要有一定的試驗(yàn)經(jīng)歷及技術(shù)積累，因?yàn)榭赡軙?huì)有以下一些問(wèn)題的出現(xiàn)。

 

（1）有的有內(nèi)腔的密封件（如微電路）內(nèi)引線較長(zhǎng)。在做粒子碰撞噪聲檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，長(zhǎng)引線的顫動(dòng)也有可能檢測(cè)出噪聲。在試驗(yàn)前要先大概了解一下器件的內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)，并在試驗(yàn)的過(guò)程中注意噪聲信號(hào)的波形，一般情況下，鍵合絲晃動(dòng)引起的噪聲信號(hào)波形與粒子撞擊產(chǎn)生的噪聲信號(hào)波形是可以區(qū)分的，改變振動(dòng)頻率，噪聲有變化時(shí)，其噪聲往往是由長(zhǎng)引線的顫動(dòng)產(chǎn)生的。若實(shí)在區(qū)分不了，可以再通過(guò)其他試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

 

（2）所有黏附劑應(yīng)對(duì)其傳送的機(jī)械能量有較小的衰減系數(shù)。沖擊脈沖的峰值加速度、延續(xù)時(shí)間和次數(shù)應(yīng)有嚴(yán)格控制，否則試驗(yàn)可能是破壞性的。

 

（3）當(dāng)有內(nèi)腔的密封件內(nèi)有柔軟細(xì)長(zhǎng)的多余物（如各種纖維絲）時(shí)，用粒子碰撞噪聲檢測(cè)試驗(yàn)有時(shí)可以檢測(cè)出多余物，有時(shí)檢測(cè)不出，這與多余物的長(zhǎng)短、質(zhì)量、懸掛方式、懸掛位置及粒子碰撞噪聲檢測(cè)試驗(yàn)的精度有關(guān)。

 

（4）有時(shí)，雖然檢測(cè)結(jié)果顯示有多余物，實(shí)際打開檢查，卻找不出多余物。這時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析產(chǎn)生噪聲的原因，并用試驗(yàn)證實(shí)。如有的密封件內(nèi)僅有一塊印制板，但做粒子碰撞噪聲檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，有噪聲輸出。實(shí)際上這是因印制板在試驗(yàn)中與印制板導(dǎo)軌碰撞所致，固定好印制板后就再無(wú)噪聲輸出。

 

（5）引起噪聲信號(hào)的原因還有幾種，如振動(dòng)臺(tái)不干凈、樣品未固定在振動(dòng)臺(tái)上等一些環(huán)境因素，要在試驗(yàn)前進(jìn)行空測(cè)及檢查，排除這些干擾因素，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

 

四、PIND試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

 

粒子碰撞噪聲試驗(yàn)（PIND）目的之一是及時(shí)消除有粒子隱患的電子元器件，同時(shí)通過(guò)對(duì)失效樣品的分析，為產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)提供有用信息。這項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如下：

 

1.粒子的提取技術(shù)

 

由于粒子太小，所以，一般不宜采用解體方法，目前國(guó)內(nèi)的粒子提取技術(shù)主要是采用手工的方法。即選擇樣品合適的一面，將其慢慢地銼薄，不銼通。然后將試樣清洗干凈，在清潔環(huán)境下用一根尖針將其銼薄處穿個(gè)小孔，并立即在該孔處用透明膠紙封住。此后再將樣品放在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)，直至沒(méi)有粒子信號(hào)再出現(xiàn)為止。另一種較為快捷的辦法是使小孔口朝下，用手輕輕敲擊樣品的封殼，然后在顯微鏡下觀察透明膠紙上有無(wú)粒子被黏牢。

 

粒子被取出后，可在電子掃描鏡顯微中或其他質(zhì)譜分析儀中進(jìn)行成分分析。提取粒子是根據(jù)具體要求而定的，為了便于取出粒子，最好是選擇粒子信號(hào)偏大的試樣進(jìn)行分析。但這種方法不能保證對(duì)粒子100%地提取，所以，未來(lái)可在這方面進(jìn)行改進(jìn)。

 

2.通過(guò)觀察信號(hào)或波形直觀地得到內(nèi)部粒子的信息

 

通過(guò)技術(shù)的提高或監(jiān)測(cè)電性能等方法，直觀地觀察信號(hào)或波形便可得到器件內(nèi)部的粒子形態(tài)。如器件內(nèi)部是否存在真實(shí)的粒子，或是由于器件本身的工藝導(dǎo)致的噪聲信號(hào)產(chǎn)生等。若是真實(shí)粒子，那么粒子的大小、材料是什么等，可以直觀地獲取，減小試驗(yàn)的錯(cuò)判和漏判。

 

 

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