粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗(yàn)設(shè)備靈敏度的定量分析

鄧永芳，李曉紅，張麗巍，羅 俊

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶 400060）

引言

氣密性封裝器件腔體內(nèi)的自由粒子是影響器件可靠性的重要因素之一。若氣密性封裝的器件的腔體內(nèi)存在自由粒子時，即存在可動多余物，在快速變相運(yùn)動或劇烈震動中，這些自由粒子會不斷與器件腔體內(nèi)的芯片、鍵合絲等發(fā)生碰撞。若自由粒子為金屬等導(dǎo)電性物質(zhì)時，還可能會影響電路的正常工作，使電路時好時壞，嚴(yán)重時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)其質(zhì)量足夠大時，也可能使器件內(nèi)部鍵合絲等發(fā)生形變等。為此，許多器件要求進(jìn)行粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗(yàn)篩選。

GJB 548《微電子試驗(yàn)方法和程序》方法2020和GJB 128《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》方法2052中粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗(yàn)要求，試驗(yàn)設(shè)備的閾值檢測器能檢測出超過預(yù)置閾值峰值為20mV±1mV的粒子噪聲電壓。因此需對試驗(yàn)設(shè)備閾值檢測器的靈敏度（以下簡稱“靈敏度”）檢測分析，這里介紹了一種可定量檢測分析碰撞噪聲檢測（PIND）試驗(yàn)設(shè)備的閾值檢測器的靈敏度方法。

1 PIND檢測

顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）試驗(yàn)設(shè)備的檢測由沖擊和振動兩個過程組成。其工作原理是通過沖擊使可能的多余粒子脫離附著腔體，通過振動使其相對于腔體內(nèi)壁進(jìn)行撞擊產(chǎn)生機(jī)械壓力波，用高靈敏度壓力傳感器將檢測到的撞擊壓力/壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大后用音頻和視頻信號顯示出來。

根據(jù)PIND檢測原理，在三種檢測系統(tǒng)中的一種或幾種中出現(xiàn)下述現(xiàn)象表示存在粒子：

1）超過正常恒定背景“白噪聲”電平的高頻尖峰信號的視覺指示；

2）與換能器上無DUT時的恒定背景噪聲不同的卡塔聲、喀啦聲或劈啦的音響指示；

3）由燈光或示波器的二次軌跡偏轉(zhuǎn)表示出的閾值檢測。

PIND檢測原理如圖1所示。

從PIND檢測原理圖上可以看出，失效判據(jù)有三種：一是失效指示燈判定，二是示波器判定，三是聲音報(bào)警器判定。

但在實(shí)際試驗(yàn)操作過程中，高頻尖峰信號出現(xiàn)及存在的時間會影響到示波器判定，試驗(yàn)環(huán)境的背景條件及設(shè)備的音量大小會影響到聲音報(bào)警器判定，因此失效指示燈成為PIND檢測結(jié)果最關(guān)鍵、最重要的判定指示。

2 靈敏度檢測

2.1 靈敏度試驗(yàn)裝置及檢測原理

GJB 548《微電子試驗(yàn)方法和程序》方法2020和GJB 128《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》方法2052中粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗(yàn)中，其典型的靈敏度檢測單元（STU）試驗(yàn)裝置如圖2所示。

STU由一個其容差與PIND換能器容差相同的換能器和一個能以250μV±20%的脈沖激勵換能器的電路組成。當(dāng)此換能器以粘附劑與PIND換能器相耦合時，STU能在示波器上產(chǎn)生一個峰值約為20mV的廢脈沖。

2.2 靈敏度檢測方法

按圖2要求用水溶膠粘附劑把STU換能器安裝在PIND換能器上，并選用高頻存貯示波器。觸發(fā)STU，通過存貯示波器上捕獲并貯存STU產(chǎn)生的振幅來分析試驗(yàn)設(shè)備的失效指示燈報(bào)警靈敏度。

2.3 靈敏度檢測結(jié)果

以BW-LPD-D4000（編號758502002）型粒子碰撞噪聲檢測試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行靈敏度檢測分析。檢測頻次35次，檢測結(jié)果如表1所示。

BW-LPD-D4000的靈敏度檢測結(jié)果圖示如圖3所示。

3 定量分析結(jié)果

根據(jù)檢測結(jié)果，可以得出BW-LPD-D4000（編號758502002）設(shè)備的靈敏度定量結(jié)果：

圖1 PIND 檢測原理

圖2 典型的靈敏度試驗(yàn)裝置

1）最小報(bào)警信號幅度19.8mV，即信號幅度低于19.8mV時，設(shè)備的信號指示燈不會出現(xiàn)報(bào)警；

2）最大未報(bào)警信號幅度20.9mV，即信號幅度高于20.9mV時，設(shè)備的信號指示燈均會出現(xiàn)報(bào)警；

3）報(bào)警與不報(bào)警的臨界狀態(tài)范圍為19.8～20.9mV，報(bào)警概率58.3%，不報(bào)警概率41.6%。

從上述定量分析結(jié)果，得到BW-LPD-D4000（編號758502002）靈敏度結(jié)果圖，如圖4所示。

表1 BW-LPD-D4000 靈敏度檢測結(jié)果

圖3 BW-LPD-D4000 的靈敏度檢測結(jié)果圖

圖4 BW-LPD-D4000 的靈敏度

從定量分析結(jié)果看，BW-LPD-D4000（編號758502002）設(shè)備的靈敏度完全滿足GJB 548《微電子試驗(yàn)方法和程序》方法2020和GJB 128《半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法》方法2052中粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗(yàn)所要求的“能檢測出超過預(yù)置閾值峰值為20mV±1mV的粒子噪聲電壓”。

4 結(jié)束語

由于每次觸發(fā)STU時所產(chǎn)生的振幅不會完全相同，用于PIND試驗(yàn)設(shè)備的靈敏度試驗(yàn)時，只能得到一個定性的檢測結(jié)果。采用高頻貯存示波器捕獲STU產(chǎn)生的振幅，可定量分析PIND試驗(yàn)設(shè)備的靈敏度，獲得具體的靈敏度指標(biāo)數(shù)據(jù)。

[1]羅輯,趙和義 主編. JY 電子元器件質(zhì)量管理與質(zhì)量控制[M].北京：國防工業(yè)出版社, 2004.

[2]GJB 548B-2005, 微電子器件試驗(yàn)方法和程序[S].

[3]GJB 128A-97, 半導(dǎo)體分立器件試驗(yàn)方法[S].