【導(dǎo)讀】今天讓我們進(jìn)??場技術(shù)問答?賽。準(zhǔn)備好了嗎？你能在15秒內(nèi)列舉出關(guān)鍵?運(yùn)算量系統(tǒng)（如飛?電?、宇航和國防系統(tǒng)）的最關(guān)鍵的需求嗎？
你的回答是否包括這些答案：長壽命，可靠性，滿?嚴(yán)苛環(huán)境的要求，擴(kuò)展的?命周期......？
這是?個(gè)好的開始！
在超過35年?，Teledyne e2v?直成功地為世界上的飛?電?、宇航和國防的客戶（包括空客、波?、NASA、ESA等）提供?代??代的?可靠性微處理器。
在這篇?章?，我們?先會(huì)列出宇航和國防客戶最關(guān)鍵的需求，然后詳細(xì)闡述Teledyne e2v的微處理器是如何完美地滿?這些?可靠性的需求，接著深?介紹這些?可靠性微處理器的質(zhì)量認(rèn)證。
擴(kuò)展溫度范圍的電?產(chǎn)品和機(jī)械產(chǎn)品的完整性
與我們?活中常見的產(chǎn)品如汽車和?機(jī)不同，飛?電?、宇航和國防系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為能?作在更極端的條件下。
很容易理解，擴(kuò)展的溫度范圍是?要的要求。
在10000米/35000英尺?度巡航的飛機(jī)和在地球陰影下的衛(wèi)星都暴露在遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)的溫度中。雖然電?系統(tǒng)被很好地保護(hù)，他們?cè)谶@種超低溫的條件下的?為必須能夠被很好的預(yù)測。
另???，系統(tǒng)必須能在由?標(biāo)應(yīng)?特點(diǎn)決定的極熱的條件下正常?作：其原因可能是受限的環(huán)境（?如板?的布局）、可靠性要求?風(fēng)扇設(shè)計(jì)或確保系統(tǒng)在最壞條件下依然能?作。
圖 1: 飛?電?、宇航和國防的溫度需求 vs ?業(yè)級(jí)
這種需求會(huì)影響電?器件的設(shè)計(jì)，從?兼容寬溫度范圍，如-55℃到125℃（有時(shí)叫做軍級(jí)），如圖1所?。
焊球
焊球也是航空、航天和國防客戶的關(guān)鍵議題。在集成電路的封裝中，焊球是器件底部的接觸?絡(luò)，?于焊接在印制電路板(PCB)上。
系統(tǒng)制造商多年來?直使?錫鉛球（也叫作Sn-Pb)，對(duì)此有豐富的經(jīng)驗(yàn)。?直以來，鉛被認(rèn)為可以減弱錫須的形成，雖然其具體的機(jī)制?直?法知曉。為了與其他不含鉛的焊球區(qū)分，這些含鉛的焊球被標(biāo)注為Tin-Lead或SnPb。
關(guān)于限制使?某些有害成分的指令(RoHS)限制在?多數(shù)消費(fèi)類產(chǎn)品中使?鉛，催?了錫銀銅焊接?藝的應(yīng)?，這種?藝也叫作?鉛或RoHS。
多年來，電?元器件包括微處理器的制造商?直在同時(shí)推?含鉛(Sn-Pb)和?鉛(RoHS)的選項(xiàng)，但最近?年來，只推?RoHS選項(xiàng)成了?種趨勢。
由于?鉛產(chǎn)品的特性尚未被完全探明，在關(guān)鍵的領(lǐng)域?如航空、航天和國防的應(yīng)?中，依然不流?使??鉛產(chǎn)品。由于客戶需熟悉?鉛的?藝，從含鉛到?鉛的轉(zhuǎn)換也會(huì)增加產(chǎn)品周期。
圖 2:焊球
今天，在歐洲?鉛的普及率?美國和亞太區(qū)?，但是距離100%還很遙遠(yuǎn)。在歐洲的飛?電?和國防系統(tǒng)中，?鉛的使?率也沒到100%。
在美國和亞洲的飛?電?和國防系統(tǒng)中，?鉛器件的普及率要低得多。
因此，繼續(xù)?產(chǎn)和測試含鉛焊球的器件，依然有很?的市場需求。
長壽命
長壽命也是飛?電?、宇航和國防系統(tǒng)的?個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，或者是?個(gè)負(fù)擔(dān)，或者兩者兼有。
為什么？原因如下。
在飛?電?領(lǐng)域，?融投資對(duì)于制造關(guān)鍵安全性的系統(tǒng)?常重要。制造、驗(yàn)證并使系統(tǒng)通過航空局的認(rèn)證耗時(shí)很長（5到10年）。因此，?旦系統(tǒng)經(jīng)過認(rèn)證，飛?電?制造商希望盡可能不進(jìn)?任何改動(dòng)地重?這個(gè)系統(tǒng)。
這意味著對(duì)電?元器件的采購??，需在數(shù)?年內(nèi)能采購到這些器件，以確保能夠持續(xù)制造相同的經(jīng)過驗(yàn)證的系統(tǒng)，?不進(jìn)?任何改動(dòng)。你會(huì)發(fā)現(xiàn)某些飛機(jī)已經(jīng)很?了，但是依然滿?安全性的要求。
TELEDYNE E2V?可靠性微處理器質(zhì)量認(rèn)證
Teledyne e2v已經(jīng)?產(chǎn)?可靠性微處理器超過35年的時(shí)間，其關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)如下：
• 擴(kuò)展溫度范圍: -55 到125℃
•提供?鉛(RoHS)和含鉛(SnPb)封裝產(chǎn)品的質(zhì)量保證
•長期供貨 (超過15年).
• Teledyne e2v的產(chǎn)品?持延長的?可靠性質(zhì)保
• ?持AS / EN / JIS Q 9100 (格?諾布爾, 法國)的航空認(rèn)證
Teledyne e2v的?可靠性產(chǎn)品的質(zhì)量保證包含四個(gè)主要的步驟。
讓我們仔細(xì)看?下這些步驟。
?旦Teledyne e2v決定將?款新產(chǎn)品加??可靠性微處理器的系列中，它將遵循下?的步驟評(píng)估和認(rèn)證這?產(chǎn)品。
1. 產(chǎn)品轉(zhuǎn)移
第?步的關(guān)鍵是保證可以擴(kuò)展商?微處理器的溫度范圍。最重要的是，獲得制造商的原始測試程序并使?相同的測試設(shè)備。這使得Teledyne e2v能保證在?可靠性的溫度范圍(-55/125℃)內(nèi)正常?作，并和原始制造商有相同的測試范圍和測試質(zhì)量。
Teledyne e2v?直持續(xù)投資其測試設(shè)備以保證新舊NXP微處理器的?可靠性。圖3表?多年來Teledyne e2v獲取和使?的不同的測試設(shè)備，以保證長期供貨并引?新的處理器技術(shù)。圖中在測試設(shè)備的附近還標(biāo)注了相關(guān)的處理器系列。
2. 特性描述
圖 3:測試設(shè)備
這個(gè)步驟的?標(biāo)是確定關(guān)鍵參數(shù)（CPU頻率、電壓、功耗、SERDES和PLL等）在擴(kuò)展溫度范圍-55到125℃是怎樣的值。
- 在125℃時(shí)器件的功耗是多少？
- 在105℃以上或-55℃時(shí)PLL會(huì)鎖定嗎？
- 在125℃時(shí)器件能跑到最?的頻率嗎？
特性描述的步驟可回答這些問題，所有在擴(kuò)展環(huán)境中的實(shí)際測試數(shù)據(jù)都會(huì)放在提供給?戶的數(shù)據(jù)?冊(cè)中。
同時(shí)，特性描述實(shí)際上使得Teledyne e2v可保證長期的供貨，即使時(shí)間推移、?藝調(diào)整也能穩(wěn)定制造產(chǎn)品和出貨。
圖4表明擴(kuò)展溫度范圍(105℃到125℃）如何影響功耗。這些特性描述步驟得到的值會(huì)反映在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)?冊(cè)中。
圖4: 功耗 vs 溫度
另???，下圖表明在擴(kuò)展溫度范圍?CPU頻率隨電源電壓的變化。上?的曲線表明Vmin跨越了Vid最?值的最?規(guī)格，因此?法保證在擴(kuò)展溫度范圍可實(shí)現(xiàn)1.8GHz的頻率。因此，Teledyne e2v會(huì)按照1.6GHz的規(guī)格?產(chǎn)，因?yàn)檫@個(gè)頻率能滿?擴(kuò)展溫度范圍的要求。
圖5: CPU頻率 vs 電源電壓
3. 去球/重植球
在這個(gè)階段，Teledyne e2v復(fù)制產(chǎn)品的配置。
• 第?種是原始的配置，即?鉛(RoHS)焊球。
• 第?種是含鉛(SnPb)焊球。
這?流程可簡單描述為移除焊球，然后使?另?種?屬/合?植球。但是，實(shí)際上這?常的復(fù)雜，帶給客戶的價(jià)值也?常?。?先，某些處理器可能包含接近2000個(gè)焊球，更重要的是，Teledyne e2v完全保證去球和重植球后器件的機(jī)械和電?完整性。
客戶如果??去球/重植球，會(huì)丟失原始制造商的產(chǎn)品質(zhì)保。
我們?cè)谶M(jìn)?下?的實(shí)例分析之后，再來看這?點(diǎn)。
4. 質(zhì)量保證
這個(gè)步驟是通過加速?化的實(shí)驗(yàn)，確保產(chǎn)品全?命周期的可靠性。
圖6表明Teledyne e2v遵循的所有關(guān)于?可靠性微處理器的質(zhì)量流程。完整的產(chǎn)品質(zhì)量流程?般會(huì)持續(xù)4到6個(gè)?。?共有7個(gè)連續(xù)的步驟，包含4個(gè)主要的活動(dòng)：
• 聲學(xué)顯微鏡, ?于T0時(shí)檢查器件的組裝。它也被?于其他質(zhì)量步驟之后以檢查器件的完整性。
• MSL(濕度敏感度等級(jí)測試），實(shí)際上是模擬三種器件的回流焊。
• 在-55℃、25℃和125℃下的電?參數(shù)測試，以確保器件的性能，并確定器件?化時(shí)性能將如何變化。
• 可靠性測試，包含濕度測試和溫度循環(huán)，也為了監(jiān)控器件?化時(shí)的?為。
通常，?家會(huì)對(duì)所有的產(chǎn)品選項(xiàng)做產(chǎn)品質(zhì)量測試，包括?鉛版本和有鉛版本（去球并重植球）。
圖6: Teledyne e2v質(zhì)量流
如果產(chǎn)品通過了Teledyne e2v所有的質(zhì)量和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，它就可被視作質(zhì)量合格。
實(shí)例分析 - 去球/重植球質(zhì)量流程
讓我們重點(diǎn)看?下聲學(xué)顯微鏡檢查的重要性。假設(shè)?款微處理器器件經(jīng)過去球/重植球的操作之后變成了含鉛(SnPb)的器件。
在產(chǎn)品質(zhì)量測試的第?步，將對(duì)重新植球的含鉛器件進(jìn)?聲學(xué)顯微鏡檢查。
圖7表明同?款微處理器產(chǎn)品，其中??經(jīng)過去球/重植球流程（選項(xiàng)A)，?另??經(jīng)過不同的去球/重植球流程(選項(xiàng)B)。
圖7: 去球/重植球后的封裝組裝完整性檢查
?旦Teledyne e2v的質(zhì)量測試開始，將對(duì)產(chǎn)品A和產(chǎn)品B分別做聲學(xué)顯微鏡檢查。
• 選項(xiàng)A: 聲學(xué)顯微鏡表明產(chǎn)品在去球/重植球的過程中損壞。缺少了?部分熱較，?些聚合物球分層。
• 選項(xiàng)B: 結(jié)果良好。
結(jié)論:
- Teledyne e2v 會(huì)進(jìn)?流程B。
- 由于流程A不滿?Teledyne e2v的產(chǎn)品完整性要求，因此不會(huì)被使?。
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