【導讀】自由粒子為金屬等導電性物質(zhì)時，可能會干擾和影響電路的正常工作，使電路時好時壞，嚴重時則使電路完全不能正常工作；即使是非導電性的顆粒，當其足夠大時也可能使電路的內(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，以減小粒子對電路可靠性帶來的危害，在電路的封裝工藝過程中需要對內(nèi)腔內(nèi)的可動顆粒和在試驗或使用中可能脫落下來成為顆粒的情況進行全面的控制。
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，即存在可動多余物時，當器件處于高速變相運動、劇烈振動時，這些自由粒子會不斷碰撞。自由粒子為金屬等導電性物質(zhì)時，可能會干擾和影響電路的正常工作，使電路時好時壞，嚴重時則使電路完全不能正常工作；即使是非導電性的顆粒，當其足夠大時也可能使電路的內(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，以減小粒子對電路可靠性帶來的危害，在電路的封裝工藝過程中需要對內(nèi)腔內(nèi)的可動顆粒和在試驗或使用中可能脫落下來成為顆粒的情況進行全面的控制。在實際控制中需要根據(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防措施進行控制。本試驗的目的在于檢測器件封裝腔體內(nèi)存在的自由粒子。這是一種非破壞性試驗，當粒子質(zhì)量足夠大時，通過它們與器件封裝殼體碰撞時激勵換能器而被檢測出來。
粒子碰撞噪聲試驗的原理是對有內(nèi)腔的密封件（如微電路）施加適當?shù)臋C械沖擊應(yīng)力，使黏附于微電路腔體等密封件內(nèi)的多余物成為可動多余物。同時施加振動應(yīng)力，使可動多余物產(chǎn)生振動，振動的多余物與腔體壁撞擊產(chǎn)生噪聲。通過換能器檢測噪聲，判斷腔內(nèi)有無多余物。
二、試驗標準
本試驗是檢測器件封裝腔體內(nèi)存在的自由粒子。這是一種非破壞性試驗，適用于檢測氣密封器件（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。這些標準規(guī)定的試驗方法基本一致，且都是通過元器件的內(nèi)腔高度決定振動頻率。除了電磁繼電器，其內(nèi)部的特殊性（器件內(nèi)部有動觸點等活動單元）導致它試驗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)品的詳細規(guī)范或客戶要求進行選取。
1.試驗儀器
粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗需如下設(shè)備或與之等效的設(shè)備：
1）一個閾值檢測器
它能檢測出比相對于系統(tǒng)“地”的超過預置閾值峰值為20mV±1mV的粒子噪聲電壓。
2）振動裝置和驅(qū)動裝置
它們在下述條件下可對被試器件（DUT）提供基本為正弦的運動：
（1）條件A—在40～250Hz時峰值為196m/s2。
（2）條件B—頻率大于等于60Hz時峰值為98m/s2。
3）PIND換能器
其峰值靈敏度應(yīng)在 150～160kHz 范圍內(nèi)某個頻率上，以 1V/0.1μPa 要求校準（應(yīng)以1V/0.1μPa對應(yīng)-77.5dB±3dB的要求校準）。
4）靈敏度檢測裝置（STU）
用來定期評定 PIND 系統(tǒng)的性能。STU 應(yīng)包括一個其容差與 PIND 換能器容差相同的換能器，以及一個能以250×（1±20%）μV 的脈沖激勵換能器的電路。當此換能器以黏附劑與PIND換能器相耦合時，STU應(yīng)能在示波器上產(chǎn)生一個峰值約為20mV的脈沖。
按鈕式開關(guān)應(yīng)為無機械振動、動作快、金觸點的微動開關(guān)。
電阻公差為5%，且為無感電阻器。
電源采用標準干電池。
試驗期間，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試驗時一致。
7）沖擊裝置或工具
該裝置能對DUT施加峰值為 9800m/s2±1960m/s2的沖擊脈沖，主沖擊脈沖延續(xù)時間不超過 100μs。若采用了可同時進行沖擊試驗的系統(tǒng)，在施加沖擊脈沖時，可能使振動受到一個時間不超過 250ms（試驗過程中從施加的最后一個沖擊脈沖開始時刻算起）的中斷或擾動。應(yīng)在沖擊脈沖幅值的（50±5）%沖擊脈沖點上測量沖擊試驗的時間。
2.儀器靈敏度校準
除用上述所示的靈敏度檢測裝置（STU）來定期評定 PIND 系統(tǒng)的性能外，還可以用以下方法進行儀器靈敏度校準：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臺上，此時應(yīng)有明顯粒子的信號輸出。將另一只同樣尺寸但其內(nèi)部沒有任何粒子的標準容器重復上述試驗，此時示波器上應(yīng)顯示出一條水平直線（除了背景噪聲外無粒子噪聲信號），若此時發(fā)現(xiàn)有尖峰信號，應(yīng)找出具體原因，并設(shè)法排除。
3.試驗程序及方法
（1）將試驗樣品（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臺上。
（2）設(shè)置試驗程序。
① 先施以峰值加速度為（9800±1960）m/s2，一般選 1000g，延續(xù)時間不大于 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，振動時間3s±1s，上述程序循環(huán)4次，再對試驗程序進行全面的檢查。
表1 196m/s2加速度時試驗頻率與內(nèi)腔有效高度的關(guān)系（條件A）
（3）試驗判據(jù)：在監(jiān)測中，若由檢測設(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)導致器件拒收。
4.試驗篩選
除另有規(guī)定外，批接收試驗中用于篩選的檢驗批（或子批）檢查，應(yīng)按條件 A 的要求進行最多5次的100%PIND試驗。不應(yīng)進行PIND預篩選。在進行的5次試驗中，只要有一次試驗的失效器件數(shù)少于 1%，則認為該批器件通過了試驗。在每次試驗后剔除失效的器件，若第 5 次試驗時，失效器件數(shù)仍不小于 1%或 5 次累計失效數(shù)超過 25%，則該批器件應(yīng)被拒收，并且不允許對其重新進行試驗。
三、對標準的理解
本試驗的目的在于檢測器件封裝腔體內(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，則不進行判定的。粒子碰撞噪聲試驗的檢驗人員需要有一定的試驗經(jīng)歷及技術(shù)積累，因為可能會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。在做粒子碰撞噪聲檢測試驗時，長引線的顫動也有可能檢測出噪聲。在試驗前要先大概了解一下器件的內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)，并在試驗的過程中注意噪聲信號的波形，一般情況下，鍵合絲晃動引起的噪聲信號波形與粒子撞擊產(chǎn)生的噪聲信號波形是可以區(qū)分的，改變振動頻率，噪聲有變化時，其噪聲往往是由長引線的顫動產(chǎn)生的。若實在區(qū)分不了，可以再通過其他試驗進行驗證。
（2）所有黏附劑應(yīng)對其傳送的機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)時間和次數(shù)應(yīng)有嚴格控制，否則試驗可能是破壞性的。
（3）當有內(nèi)腔的密封件內(nèi)有柔軟細長的多余物（如各種纖維絲）時，用粒子碰撞噪聲檢測試驗有時可以檢測出多余物，有時檢測不出，這與多余物的長短、質(zhì)量、懸掛方式、懸掛位置及粒子碰撞噪聲檢測試驗的精度有關(guān)。
（4）有時，雖然檢測結(jié)果顯示有多余物，實際打開檢查，卻找不出多余物。這時，應(yīng)仔細分析產(chǎn)生噪聲的原因，并用試驗證實。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試驗時，有噪聲輸出。實際上這是因印制板在試驗中與印制板導軌碰撞所致，固定好印制板后就再無噪聲輸出。
（5）引起噪聲信號的原因還有幾種，如振動臺不干凈、樣品未固定在振動臺上等一些環(huán)境因素，要在試驗前進行空測及檢查，排除這些干擾因素，以保證試驗結(jié)果的準確性。
四、PIND試驗技術(shù)的發(fā)展趨勢
粒子碰撞噪聲試驗（PIND）目的之一是及時消除有粒子隱患的電子元器件，同時通過對失效樣品的分析，為產(chǎn)品質(zhì)量改進提供有用信息。這項試驗技術(shù)的發(fā)展趨勢如下：
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臺上進行振動，直至沒有粒子信號再出現(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偏大的試樣進行分析。但這種方法不能保證對粒子100%地提取，所以，未來可在這方面進行改進。
2.通過觀察信號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)測電性能等方法，直觀地觀察信號或波形便可得到器件內(nèi)部的粒子形態(tài)。如器件內(nèi)部是否存在真實的粒子，或是由于器件本身的工藝導致的噪聲信號產(chǎn)生等。若是真實粒子，那么粒子的大小、材料是什么等，可以直觀地獲取，減小試驗的錯判和漏判。
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