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粒子碰撞噪聲試驗(yàn)
發(fā)布時(shí)間:2020-02-12 來(lái)源:范 陶朱公 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】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。
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 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 250ms(試驗(yàn)過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 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.通過觀察信號(hào)或波形直觀地得到內(nèi)部粒子的信息
通過技術(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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