關(guān)于內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果的影響因素研究

譚驍洪，張 鋒

（中國電子科技集團公司第二十四研究所，重慶 400060）

關(guān)于內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果的影響因素研究

譚驍洪，張 鋒

（中國電子科技集團公司第二十四研究所，重慶 400060）

采用正交試驗法，研究分析影響內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果的因素，確定了主要影響因素及各個因素的影響強弱。根據(jù)研究結(jié)果改進內(nèi)部氣氛分析試驗條件，提高了試驗結(jié)果的準確性。

水汽含量；正交試驗法；準確性；影響因素

引言

隨著航天航空、高科技武器裝備等高精尖領(lǐng)域的飛速發(fā)展，高等級軍用集成電路的使用量也大幅增加。其中的競爭不僅是技術(shù)性能先進性的競爭，更是產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的競爭。氣密性密封元器件的質(zhì)量和可靠性在很大程度上受元器件內(nèi)部氣氛的影響，異常的內(nèi)部氣氛極容易造成元器件性能降低甚至早期失效的嚴重后果，其中過量的內(nèi)部水汽含量會引起包括腐蝕、離子粘污、電遷移、金屬遷移、機械損傷、介質(zhì)分層等失效模式，而氫氣則會引起硅、稼、砷等化合物器件的材料變形和氧化反應(yīng)等器件失效。

氣密性密封元器件的內(nèi)部氣氛已經(jīng)引起研究者、生產(chǎn)者及使用者的廣泛關(guān)注。國內(nèi)在上世紀九十年代開展內(nèi)部氣氛分析，經(jīng)過十余年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有十個以上實驗室可以提供內(nèi)部氣氛分析的服務(wù)。目前幾乎全部單位都是采用美國生產(chǎn)的內(nèi)部氣氛分析儀，而對于內(nèi)部氣氛分析儀測試結(jié)果準確性的研究還比較罕見。因內(nèi)部氣氛以內(nèi)部水汽含量危害最大，測試結(jié)果的準確性也最重要，故本文以內(nèi)部水汽含量為參考，采用正交試驗法，研究分析影響內(nèi)部氣氛分析儀測試結(jié)果的因素，確定主要影響因素及各個因素的影響強弱，并根據(jù)研究結(jié)果改進內(nèi)部氣氛分析試驗條件，提高試驗結(jié)果的準確性。

1 試驗樣品

1.1 試驗樣品的制備

為避免其他氣氛的影響，試驗樣品采用空封的陶瓷管殼，容積約為0.08cc。為了便于控制內(nèi)部氣氛，統(tǒng)一采用工藝比較成熟的平行縫焊進行封裝，并記錄當(dāng)時封帽艙內(nèi)的水汽含量為樣品的內(nèi)部水汽含量標(biāo)準值。

1.2試驗樣品一致性驗證

從密封篩選合格的樣品中，采用隨機抽樣，抽取20只樣品，進行內(nèi)部水汽含量測試，一周后再抽取20只，進行內(nèi)部水汽含量測試。根據(jù)GJB 548B-2005方法1018.1程序一中規(guī)定，質(zhì)譜儀校準的允許水汽含量誤差為20%，依此將一致性驗證標(biāo)準定為±10%較為合理，每次測試結(jié)果分布在±10%以內(nèi)，并且兩次測試結(jié)果也分布在±10%以內(nèi)，認為通過一致性驗證。

2 正交試驗

內(nèi)部水汽含量的測定結(jié)果受到很多試驗條件的影響，包括預(yù)烘時間、校準腔體、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、設(shè)備背景氣氛、端口壓強等。這些實驗條件都不是一個定值，而是一個選擇范圍，比如預(yù)烘時間依據(jù)GJB 548B-2005為16h~24h，并且這些條件之間存在相互影響，故選用正交試驗法。

2.1 因素水平的選擇

本次試驗選擇以下幾個主要因素：預(yù)烘時間、校準腔體、環(huán)境溫度、背景氣氛、端口壓強。因為GJ B 548A-1996方法1018中預(yù)烘時間為12h~24h，溫度范圍跨度太大，所以選擇正交設(shè)計表L12(3*24)，見表1，對預(yù)烘時間采取三水平，對其它因素采取兩水平。

2.2 試驗及數(shù)據(jù)分析

對試驗結(jié)果進行極差分析，見表2，得出各個因素對結(jié)果的影響強弱：預(yù)烘時間影響最大，校準腔體影響最小。其中K1為該試驗條件下1水平的水汽平均值之和，K2、K3依此類推；k1為該試驗條件下1水平的水汽平均值的算術(shù)平均值，如k1=K1/4，k2、k3依此類推；極差R為k1、k2、k3中的最大值與最小值之差。

表2中的極差大小反映了因素水平變化對水汽平均值的影響，極差越大表示這個因素對水汽平均值的影響越大。

從表2中容易得出：端口壓強對內(nèi)部水汽含量的測試結(jié)果影響最大，其次依次為背景氣氛、預(yù)烘時間、環(huán)境溫度、校準腔體。其中前四個因素對結(jié)果影響較大，而校準腔體的影響遠遠小于其余因素。見表3。

3 最佳試驗條件的確定

為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果應(yīng)該最大程度地接近元器件內(nèi)部的真實水汽含量，所以試驗條件應(yīng)該選擇能夠最大程度反映元器件內(nèi)部水汽含量的參數(shù)。

1）端口壓強越小，端口流量越大，內(nèi)部水汽含量的測試結(jié)果越大，故選擇最小值1.0e-5；

2）背景氣氛是測試設(shè)備真空腔內(nèi)的氣氛狀況，背景氣氛越小，則表示設(shè)備真空腔越清潔，對測試結(jié)果的影響越小，故背景氣氛越小越好，但背景氣氛越小試驗耗時越長，考慮到試驗效率，一般在背景水汽在100或者50以下開始試驗；

3）預(yù)烘時間越長，元器件內(nèi)部溢出的水汽越多，越接近元器件內(nèi)部水汽含量的真實值，故選擇最大值24h；

4）環(huán)境溫度越高，元器件從烘箱中取出后水汽的重新凝結(jié)越慢，所以內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果越高，故選擇最大值25℃；

5）校準腔體對內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果幾乎沒有影響，所以校準腔體的選擇可以遵從其他原則。而根據(jù)設(shè)備要求，選擇比元器件容積大的校準腔體不容易損壞設(shè)備，故校準腔體的選擇以適應(yīng)元器件容積為準，在元器件容積與附近兩個校準腔體都比較接近時選擇稍大的一個校準腔體。比如對于0.08cc的元器件，如果只有0.06cc和0.1cc的校準腔體，選擇0.1cc。

表1 正交試驗因素、水平表

表2 正交試驗表

表3 各個因素影響內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果的重要性大小

綜上所述，內(nèi)部水汽含量測試的最佳試驗條件為：端口壓強1.0e-5torr；背景氣氛越小越好，一般在50以下；預(yù)烘時間24h；環(huán)境溫度25℃；校準腔體與元器件容積相匹配，容積在兩個校準腔體之間優(yōu)先選擇稍大的校準腔體。如表4所示。

表4 內(nèi)部水汽含量測試最佳試驗條件

4 結(jié)語

1）內(nèi)部水汽含量的測試結(jié)果受到多個試驗條件的影響，包括端口壓強、背景氣氛、預(yù)烘時間、環(huán)境溫度、校準腔體等。

2）這些因素對內(nèi)部水汽含量測試結(jié)果的影響有強弱大小之分，從強到弱依此為端口壓強、背景氣氛、預(yù)烘時間、環(huán)境溫度和校準腔體，其中前四個因素影響較大，而校準腔體的影響遠遠小于其他因素。

3）以提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、最大程度反映元器件真實內(nèi)部水汽含量為原則，分析得出最佳試驗條件，可以較為準確地測定元器件內(nèi)部水汽含量。

4）影響內(nèi)部水汽含量的測試結(jié)果的其他因素還有很多，諸如操作人員熟練度、環(huán)境濕度、穿刺手法、固定夾具等，因研究側(cè)重不同以及此次試驗內(nèi)容有限，有待之后進行更多試驗和研究。

[1]Oneida Research Services, Inc. Why Be Concerned About Moisture In Hermetic Packages[EB/OL]. http://www. orsfr.com/get_file.php?file_name=ORS-Why_Be_Concerned_ About_Moisture.pdf.

[2] 吳文章.密封元器件的殘余氣氛分析[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2004,22(2)：34-36.

[3]陳鵬,歐昌銀.微電路封裝產(chǎn)品內(nèi)部水汽含量的分析與控制方法[J].電子與封裝,2004,4( 3)：20-23.

[4] 許桂芳.元器件的封裝氣氛及內(nèi)部材料物質(zhì)對其內(nèi)部水汽含量的影響[J].試驗技術(shù)與試驗機,2z004,4(3,4)：42-44.

[5]MIL-883G-2006,Test method standard microcircuits[S].

[6]GJB 548A-1996,微電子器件試驗方法和程序[S].

[7]GJB 2438-95,混合集成電路總規(guī)范[S].

譚驍洪（1988-），土家族，重慶人，助理工程師，現(xiàn)主要從事電子元器件可靠性與環(huán)境試驗領(lǐng)域研究工作。

Analysis on the Influence Factors of Inside Moisture Content Testing Result

TAN Xiao-hong，ZHANG Feng
（Sichuan Institute of Solid-State Circuits, China Electronics Technology Group Corp, Chongqing 400060）

This paper uses orthogonal experiment to analyze the influence factor of inside moisture content testing. It makes sure that the influence factor of inside moisture content testing and the degree of influence factors. By the result of analysis, we can improve inside moisture content testing, and increase the veracity of this testing.

moisture content; orthogonal experiment; veracity; influence factor

TN306

A

1004-7204(2014)05-0075-03