【doc】粒子碰撞噪声检测（PIND）试验的研究

【doc】粒子碰撞噪声检测（PIND）试验的研究 粒子碰撞噪声检测(PIND)试验的研究 电子产品可靠性与环境试验Feb.20o5No.1 粒子碰撞噪声检测(PIND)试验的研究 杜迎,吕栋,潘伟力,朱卫良,陆坚 (中国电子科技集团有限公司第五十八研究所,江苏无锡214035) 摘要:主要介绍了粒子碰撞噪声检测系统的组成及工作原理,解决试验中出现的一 些问题;验证了冲击和 振动对粒子的影响,并对失效电路中的粒子进行了捕获. 关键词:粒子碰撞噪声检测;振动;冲击;失效 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 中图分类号:TB24文献标识码:A文章编号:1672-5468(2005)01-0034—06 Studyofparticleimpactnoisedetection(PIND) DUYing,LVDong,PANWei-li,ZHUWei—liang,LUJian fChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationNo.58ResearchInstitute,Wuxi214035,China) Abstract:Thecomponentsandoperationalprincipleofparticleimpactnoisedetectionsystems wereintroduced.Thesolutionofsomeproblemsintestingwaspresented.Theeffectofshocking andvibrationonparticlewasdemonstrated,andtheparticleinthefailurecircuitwascaptured. Keywords:particleimpactnoisedetection;vibration;shock;failureanalysis 1'引言 粒子碰撞噪声检洳(PIND)试验是一种通过观 察元器件(如三极管,二极管,集成电路,继电 器,开关)腔体内松散的粒子,检查电子元器件 的完整性的非破坏性试验. 2理论和试验设备 2.1粒子碰撞噪声检测系统的构成(如图l所示) 2.2声波碰撞传感器的结构(如图2所示) 2.3工作原理 当电路腔体内的松散粒子受到冲击和振动 后,开始在腔体内运动,并与腔体内壁相碰撞, 这时产生的以纵向粒子波形式传播的能量被转 图1PIND试验系统模块结构 化为声能,通过超声波探测仪里的压电晶体把 声波能量转化为电能.再通过放大器的放大和 滤波后,一路在示波器上显示:一路转化成低 频声信号,送到声响系统;最后与系统设定的 收稿日期:2003—11—21修回日期:2004—07—20 作者简介:杜迎(1974一),男,辽宁锦州人,中国电子科技集团有限公司第五十八研 究所检测中心 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,从事集成电路 的检测和可靠性研究工作. DIANZICHANPINKEKAoX|NGYUHuANJ|NGSHIYAN 第1期杜迎等:粒子碰撞噪声幢测{PIND)试验的研究 眦 一圈2声波硅撞传感器 件 子头 阀值进行比较.确定是否有不符合要求的粒子 存在(常用的阀值为2OmV).如果大于阀值, 则指示灯亮. 2.4粒子的来源 电路在封装过程中有外界物质进入到芯腔内 或多余物未清除干净,使封装后电路内部有粒子 存在或在各种正常试验中产生粒子:其内部存在 的粒子主要有:碎硅片,硅铝丝,陶瓷颗粒,头 发,天花板纤维,焊料,导电胶等. 2.5冲击 就是对元器件施加冲击力,使粘附在腔体壁 上及其它位置上的松散粒子松动,产生位移,以 便使其在接下来的振动周期内能够发生运动.对 于质量>5mg的粒子是不需要进行冲击的.对于更 小的粒子,要用大的冲击能量去使其松动. 2.6振动 就是给腔体内的粒子以运动的能量.粒子得 到能量后,会在腔体内发生运动,这样就会与腔 体的内壁相碰撞+产生粒子波=能量公式如下: E=1/2x(MxV)(1) 式(1)中:——粒子的质量; v——粒子的速率 如果腔体内无粒子.则E:0,那么输出也 就为0. 2.7注意事项 有时PIND测试通过的电路,内部不一定无粒 子存在.这是由于腔体内的松散粒子比较小或者 由于粘附作用使粒子在振动周期内不运动而造成 的=所以必须给粒子足够的能量.使粒子在振动 周期内发生运动.如腔体内粒子数量多.在振动 期间并不全部都是有效的粒子,可能只是其中一 部分或一粒.当探测到粒子后,如果再重复几次, 町能粒子又不会被发现这是崮为在臃体内发生 静电等物理作用,使粒子被牯附后不产生运动: 在这种情况下.要将电路放置24h后,再进行试 验.要用足够大的冲击力使粒子松动,以便在 振动时被捕捉. 做PIND时.电路表面一定要平整和干净,要 使电路表面上受力均等而且经常会出现如罔3 所示的图形.水平曲线与振动器前部的运动相对 圉3PIND时显示的圈彤 直.尖峰的信号或非常宽的脉冲信号不意昧着捕 捉到了粒子.它可能是由于电路安装的不正确或 一 些内部结构特性引起的其中几个峰值信号的 出现.是由于粘附剂的附着力比较弱造成的 试验时,被测电路是被鼽附剂同定住,但是 在振动时经常出现牯性不足电路发生移动的现 象而产生干扰信号,影响试验结果准确性的判断 为了解决这种问题.我们对牯附剂做r一些改动: 如图4,5,6所示 圈4是我们做PIND试验时电路放置的情况 盖板朝下,管脚朝上 我们改进的目的使电路表面能够尽可能多地 与粘附剂充分接触.让电路在试验时不发生移动 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是在第一层双面胶的基础上(通常只用一 层),按照电路的具体形状,加上第二层胶 圈5是对于双列直插式的电路的改进形式 网6是对于针栅阵列的电路的改选形式. 以上的改进形式,除盖板外的其它空隙也尽 可能地与粘附剂接触,使电路更加不易移动在 试验时,减少了干扰信号的现=但是要求双面 胶的厚度要与盖板的厚度差不多,也就是要保证 盖板必须与双面胶接触. 35 电子产品可靠性与环境试验2005每 一I'iN粘一,图4PIND时电路放置图 第二层双面胶 盖板 图5双列直插式改进形式图6针栅阵列改进形式 3试验与分析 3.1试验 下面是做粒子碰撞噪声检测时未通过的电路, 利用其进行了几种试验. 验证振动频率对信号输出的影响,如图7所 示.随着频率的增大,输出电压的幅度值在减少. 5O6O7O8O90100110120130140150160170180200 Frequency(Hz) 条件1000g20gt=3S 图7频率对信号输出的影响 验证振动加速度对信号输出的影响,如图8 所示.随着加速度的增大,输出电压的幅度值也 在轻微地增加. 验证冲击加速度对信号输出的影响,如图9 所示.冲击加速度变大.输出电压的幅度值也在 轻微地增加. 3.2分析 在PIND系统中.振动输出是正弦信号,其表 达式为: U=AxSin(tot+)(2) 式(2)中:A——与加速度成正比的振幅.振动 信号经过转换为力F.控制电 路的振动. 5681015182025 加速度(g) 条件l000g120Hzt3S 图8振动加速度对信号输出的影响 50060070080010001100120013001400150016001700 SHOCK(g) 条件l000g120Hz20gt--3S 图9冲击加速度对信号输出的影响 当振动时.其表达式为: Fxt=m~v(3) 式(3)中:卜振动力; ,——振动接触时间.与振动频率 厂成反比; ,腔体内粒子的质量: —— 粒子获得的初速度. 勰加 ?铊?勰? ?鸺?勰加 第l期杜迎等:粒子碰撞噪声检测(PIND)试验的研究 用动力学来解释振动加速度,振动频率对粒 子碰撞产生的能量的影响,如图l0(虚线和曲线 为粒子运动的轨迹.运动方向由V.向V:运动)所 示.当给粒子初速度后,粒子就会向上运动, 国f×g×g个 图1O振动频率对粒子碰撞的影响 在上升到最高点的过程中,粒子受到地球重力mxg 和空气摩擦力. 厂的作用,根据运动学原理,其表达 式为: S=VoXt-ll2~a1×f1(4) 式(4)中:5——上升的位移; a——上升加速度; t——上升时间. 口1=(mxg+f)/m(5) =V0一axt1(6) 在最高点时,=0,将式(5),(6)代人式(4): S:mxVo2/【2x(mxg+f)】(7) 在从最高点下落过程中,粒子受到重力和空 气摩擦力的作用,其加速度为: :(mxg-f)lm(8) S=1/2xa~xt2(9) Vz=c~xtz(10) 式(8)中,——落到最低端时将与腔壁碰撞的 速度. 将式(8),(9)两式代人到式(1O)可得: S:mxV22/【2x(mx)】(11) 将式(7),(11)两式合并得到: Vz=VoxSQRT【(mx)l(mxg+f)】(12) 从式(12)可以看出粒子的碰撞速度与给粒 子的速度成正比 当振动加速度G增大时,振幅4变大.所以 产生的力,也变大,使粒子的初速度V.变大,由 式(12)可知:变大,根据式(1)可以看出E 在变大,输出电压值也增大 当振动频率增大时,因为,:1/厂,所以t变小, 根据,×,:m×可知:粒子的初速度V.减小,使碰 撞产生的能量E减小,使输出电压值也减小.但 是频率过低,使振动不能发生,也就不能提供足 够的信号使粒子发生位移. 冲击输出是个方波信号,其振幅与冲击加速 度成正比关系.从图9可以看到随着冲击加速度 的增大,输出电压的幅度也轻微地增加.因为冲 击是使松散的粒子产生位移,以便在振动时粒子 可以产生运动,当粒子可以运动后.对于单个粒 子来说,冲击加速度的变化基本上不能使其碰撞 产生能量变化,也就是输出的电压不会随着冲击 加速度的增加而变化.图9中可以看出在800g以 上时,输出的电压值几乎不随冲击加速度的增加 而变化;在800g以下,粒子未被充分的冲击,产 生的电压值可能是由于读数不准或是由于干扰信 号的影响. 4失效分析 PIND试验可以通过隔离和捕获粒子来进行失 效分析.一旦发现腔体内有粒子存在,接下来就 要把粒子捕获.当捕捉到粒子后要放到显微镜下 观察,分析出粒子的性质及来源. 电路的封装就是使盖板上的焊料环,在洁净 充氮环境下与管壳座粘贴.其结构如图11所示, 盖板 图l1电路封装结构 底 盖板内侧的焊料环,正好与装有芯片的管壳座相 吻合,使电路的密封性能很好. 4.1捕获粒子的方法 常用的捕获粒子的方法有以下几种: a)热开法 将电路放在加热器上,使电路整体加热.待 焊料融化时将盖板取下.由于焊料融化,取盖板 时如不小心,焊料就会掉到电路内.如果腔体内 电子产品可靠性与环境试验 的粒子是粘附芯片的导电胶.它遇到高温也易融 化所以在已经确定电路内的粒子不是焊料的情 况下,甩该方法比较好 b)冷开法 将电路固定,用手术刀片将盖板从电路上切 下=用该方法时,由于是硬撬,可能会使焊料或 瓷体掉到电路芯腔内,造成外引入粒子 c)中间开孔法 就是在电路表面中间打个L,然后取出粒子, 进行分析. 中间开孔法的电路结构如图12所示: 大气压力 圈I2中间井孔法电路蛄构 芯片 在封帽时.电路腔体内的气体主要是氮气 (N):在300oc时加热,使盖板上的焊料与管壳座 结合,当温度降低后,由于气体的热胀冷缩,造 成腔体内外的大气压有压差.使力作用在盖板上. 由于盏板中间悬空,在抛光时向下凹陷(图中圆 弧为抛光后的盖板状态,虚线为未抛光时的电路 盏板状态). 当盖板变薄后,盖板上可承受的力变小 这时,大气压力使盖板有向下凹陷的趋势.加 上抛光轮的作用力,会使盏扳凹陷更大,这样 就会对焊环有一个向下的于=豇力.有可能使焊环 上的焊料掉下,进八到腔体内.所以抛光时. 要特别注意尽可能地使整个盖板受力均匀,减 小盖板的凹陷程度.而且在抛光后要清除表面 的粒子,在钻孔过程中要尽量避免有其它的粒 子进入. 4,2获取粒子的要求 锥形T具来打孔,孔的直径为0.8trtm,用玻璃纸 带将其盖住,然后再进行PIND试验但要记录 下打孔前的波形在试验时要仔细观察渡形,并 与试验前的波形进行比较,如果有更大的信号出 现.说明在打孔时有其它的粒子进入到腔体内 经过反复试验,直到再无其它惰号出现(无信号 出现说明腔体内的粒子已经掉到L里面.并且被 ,把玻璃纸带小心地从盖 玻璃纸带粘住):最后 板上取下.放到显微镜下去观察,判别粒子的性 质 5应用举例 有一个电路腔体内因有粒子存在,而导致多 次PINI)测试束通过.我们就辜这个电路进行分 析. a)首先对该电路的PIND波形进行记录 开盖前测试的波形圈如图I3所示 圉13开盖前l删试的波彤 b)在盖板上打孔.然后清洗干净,吹干放 上玻璃纸带,进行PIND试验经过反复试验后, 渡形如图J4所示,当电路腔体内无粒子或碰撞无 图14盖柱上打孔后驯试的泣彤 首先,把盏板磨薄到适当的厚度.然后.先 用水清洗掉表面残留的粒子,再用酒精脱水,最信号输m时,图形几乎是一条水平 线,有尖峰信 后用经过过滤的压缩空气吹干用长而尖小的圆号的幅度特别小,这是由小的干扰 信号造成的 OtAh~dWKEK,~OXtNG?Hu一鹏St-ttYAN 第1期杜迎等:粒子碰撞噪声检测(PIND)试骑的研究 图I5玻璃纸带放大图 它对试验结果的判断影响很小显示没有粒子发 生碰撞.导致无信号输出: c)取下玻璃纸带.将其放在显微镜下观察粒 子的图形如图15所示.经过判别后认为.该粒子 为焊料..原因是在封盖板时,焊料溅入到腔体内 部形成外来粒子 6结束语 现在对电路的要求越来越高.DPA(破坏性物 理分析)试验成为一个判别电路是否符合要求的 重要手段,作为DPA试验组成部分的PIND试验 就变得非常重要 参考文献: I1庄同曾,黄兰芳.集成电路制造技术一一原理与实践 『M1.北京:电子业出版牡,1987 『21GJB548A一96微电子器件试验方法和程序【s1. _引MIL-STD一883E.激电子试验方法和程序【s1. [4lTe~xaslnstlllmenLAnalysis.fCr~mpenenlPINDlestfail? L-|_e】989. ,一…,……..…一..…….,.一一.….…...一…一,. 信息与动冬 互厂^,厂一, '—_II?厂厂,一,,集成电路制造技术的应用 1电子方面 摩尔定律所预测的趋势还将最少持续 十年部件的体积将会继续缩小,而在集 成电路中.同一面积上将可放入更多数目 的晶体管.目前.电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 师的注意力大 都集中于研究如何把仿真和数码电路同时 植在同一块硅片上 2微电子及机械装置 集成电路的生产工序可用来制造小型 机械式装置,例如:杠杆和齿轮系统同 样的技术亦可应用于制造感应嚣和控制 器近期面世的一些装置已同时包含有感 应器和数码逻辑电路.两者都是植在同一 块硅片上. 3生物科技 人类基因图谱计划的目的是对人体内 的脱氧核糖核酸(DNA)中约80000个 基因编制译码.其中主要利用生物芯片 (用集成电路技术制造,并植有特定DNA 排序的芯片)来鉴定各个DNA排序. 4纳米技术 下一轮的科技革命相信会由纳米微装 置带动目前,这方面的研究大多集中于 采用集成电路制造技术来生产这类装置 此外.自组分子亦是纳米装置研究的另一 大课题(本刊讯)