一、概述

 

气密性封装腔体内的自由粒子是影响元器件可靠性的重要因素之一，若气密性封装的集成电路、混合电路等的腔体内存在自由粒子，即存在可动多余物时，当器件处于高速变相运动、剧烈振动时，这些自由粒子会不断碰撞。自由粒子为金属等导电性物质时，可能会干扰和影响电路的正常工作，使电路时好时坏，严重时则使电路完全不能正常工作；即使是非导电性的颗粒，当其足够大时也可能使电路的内部键合丝等发生形变。为此，许多电路要求筛选时必须做 PIND。为了控制电路封装腔体内的自由粒子的大小和数量，以减小粒子对电路可靠性带来的危害，在电路的封装工艺过程中需要对内腔内的可动颗粒和在试验或使用中可能脱落下来成为颗粒的情况进行全面的控制。在实际控制中需要根据不同外壳的具体生产情况、不同的封帽工艺等，在封装工艺过程中采取不同的预防措施进行控制。本试验的目的在于检测器件封装腔体内存在的自由粒子。这是一种非破坏性试验，当粒子质量足够大时，通过它们与器件封装壳体碰撞时激励换能器而被检测出来。

 

粒子碰撞噪声试验的原理是对有内腔的密封件（如微电路）施加适当的机械冲击应力，使黏附于微电路腔体等密封件内的多余物成为可动多余物。同时施加振动应力，使可动多余物产生振动，振动的多余物与腔体壁撞击产生噪声。通过换能器检测噪声，判断腔内有无多余物。

 

二、试验标准

 

本试验是检测器件封装腔体内存在的自由粒子。这是一种非破坏性试验，适用于检测气密封器件（有密封腔体的）电子产品，适用于GJB 128方法2052、GJB 548方法2020、GJB 65B 等。这些标准规定的试验方法基本一致，且都是通过元器件的内腔高度决定振动频率。除了电磁继电器，其内部的特殊性（器件内部有动触点等活动单元）导致它试验选取的冲击脉冲与其他元器件不同外，一般电子元器件的冲击都是 1000g，加速度分两个条件：条件 A和条件B，条件A加速度为20g，条件B 为10g，主要根据产品的详细规范或客户要求进行选取。

 

1.试验仪器

 

粒子碰撞噪声检测（PIND）试验需如下设备或与之等效的设备：

 

1）一个阈值检测器

 

它能检测出比相对于系统“地”的超过预置阈值峰值为20mV±1mV的粒子噪声电压。

 

2）振动装置和驱动装置

 

它们在下述条件下可对被试器件（DUT）提供基本为正弦的运动：

 

（1）条件A—在40～250Hz时峰值为196m/s2。

（2）条件B—频率大于等于60Hz时峰值为98m/s2。

 

3）PIND换能器

 

其峰值灵敏度应在 150～160kHz 范围内某个频率上，以 1V/0.1μPa 要求校准（应以1V/0.1μPa对应-77.5dB±3dB的要求校准）。

 

4）灵敏度检测装置（STU）

 

用来定期评定 PIND 系统的性能。STU 应包括一个其容差与 PIND 换能器容差相同的换能器，以及一个能以250×（1±20%）μV 的脉冲激励换能器的电路。当此换能器以黏附剂与PIND换能器相耦合时，STU应能在示波器上产生一个峰值约为20mV的脉冲。

按钮式开关应为无机械振动、动作快、金触点的微动开关。

 

电阻公差为5%，且为无感电阻器。

 

电源采用标准干电池。

 

试验期间，相互耦合的换能器之间必须同轴。

 

输出到STU换能器的电压应为250×（1±20%）μV。

 

图1 典型的灵敏度试验装置

 

5）PIND电子设备

 

该设备的电子线路放大器在 PIND 换能器具有峰值灵敏度的频率中心值上增益应为60dB±2dB，放大器输出端的噪声峰值不得超过10mV。

 

6）黏附剂

 

用于连接DUT与PIND换能器的黏附剂应与STU试验时一致。

 

7）冲击装置或工具

 

该装置能对DUT施加峰值为 9800m/s2±1960m/s2的冲击脉冲，主冲击脉冲延续时间不超过 100μs。若采用了可同时进行冲击试验的系统，在施加冲击脉冲时，可能使振动受到一个时间不超过 250ms（试验过程中从施加的最后一个冲击脉冲开始时刻算起）的中断或扰动。应在冲击脉冲幅值的（50±5）%冲击脉冲点上测量冲击试验的时间。

 

2.仪器灵敏度校准

 

除用上述所示的灵敏度检测装置（STU）来定期评定 PIND 系统的性能外，还可以用以下方法进行仪器灵敏度校准：将事先放入硅铝丝引线作为模拟粒子的空体外壳耦合在振动台上，此时应有明显粒子的信号输出。将另一只同样尺寸但其内部没有任何粒子的标准容器重复上述试验，此时示波器上应显示出一条水平直线（除了背景噪声外无粒子噪声信号），若此时发现有尖峰信号，应找出具体原因，并设法排除。

 

3.试验程序及方法

 

（1）将试验样品（微电路等有内腔的密封件）的最平滑、最大的一面用声耦合剂黏合在振动台上。

（2）设置试验程序。

 

① 先施以峰值加速度为（9800±1960）m/s2，一般选 1000g，延续时间不大于 100μs 的冲击脉冲，冲击3次。

② 再施以频率为 60～130Hz，这里频率的选择与器件的内腔高度有关，如表 1所示。峰值加速度为196m/s2或98m/s2的振动，振动时间3s±1s，上述程序循环4次，再对试验程序进行全面的检查。

 

表1 196m/s2加速度时试验频率与内腔有效高度的关系（条件A）

 

（3）试验判据：在监测中，若由检测设备指示出除背景噪声之外的任何噪声爆发（由冲击本身引起的除外），都应导致器件拒收。

 

4.试验筛选

 

除另有规定外，批接收试验中用于筛选的检验批（或子批）检查，应按条件 A 的要求进行最多5次的100%PIND试验。不应进行PIND预筛选。在进行的5次试验中，只要有一次试验的失效器件数少于 1%，则认为该批器件通过了试验。在每次试验后剔除失效的器件，若第 5 次试验时，失效器件数仍不小于 1%或 5 次累计失效数超过 25%，则该批器件应被拒收，并且不允许对其重新进行试验。

 

三、对标准的理解

 

本试验的目的在于检测器件封装腔体内是否存在自由粒子，若是由于器件内的工艺结构引起的噪声信号，则不进行判定的。粒子碰撞噪声试验的检验人员需要有一定的试验经历及技术积累，因为可能会有以下一些问题的出现。

 

（1）有的有内腔的密封件（如微电路）内引线较长。在做粒子碰撞噪声检测试验时，长引线的颤动也有可能检测出噪声。在试验前要先大概了解一下器件的内部工艺结构，并在试验的过程中注意噪声信号的波形，一般情况下，键合丝晃动引起的噪声信号波形与粒子撞击产生的噪声信号波形是可以区分的，改变振动频率，噪声有变化时，其噪声往往是由长引线的颤动产生的。若实在区分不了，可以再通过其他试验进行验证。

 

（2）所有黏附剂应对其传送的机械能量有较小的衰减系数。冲击脉冲的峰值加速度、延续时间和次数应有严格控制，否则试验可能是破坏性的。

 

（3）当有内腔的密封件内有柔软细长的多余物（如各种纤维丝）时，用粒子碰撞噪声检测试验有时可以检测出多余物，有时检测不出，这与多余物的长短、质量、悬挂方式、悬挂位置及粒子碰撞噪声检测试验的精度有关。

 

（4）有时，虽然检测结果显示有多余物，实际打开检查，却找不出多余物。这时，应仔细分析产生噪声的原因，并用试验证实。如有的密封件内仅有一块印制板，但做粒子碰撞噪声检测试验时，有噪声输出。实际上这是因印制板在试验中与印制板导轨碰撞所致，固定好印制板后就再无噪声输出。

 

（5）引起噪声信号的原因还有几种，如振动台不干净、样品未固定在振动台上等一些环境因素，要在试验前进行空测及检查，排除这些干扰因素，以保证试验结果的准确性。

 

四、PIND试验技术的发展趋势

 

粒子碰撞噪声试验（PIND）目的之一是及时消除有粒子隐患的电子元器件，同时通过对失效样品的分析，为产品质量改进提供有用信息。这项试验技术的发展趋势如下：

 

1.粒子的提取技术

 

由于粒子太小，所以，一般不宜采用解体方法，目前国内的粒子提取技术主要是采用手工的方法。即选择样品合适的一面，将其慢慢地锉薄，不锉通。然后将试样清洗干净，在清洁环境下用一根尖针将其锉薄处穿个小孔，并立即在该孔处用透明胶纸封住。此后再将样品放在振动台上进行振动，直至没有粒子信号再出现为止。另一种较为快捷的办法是使小孔口朝下，用手轻轻敲击样品的封壳，然后在显微镜下观察透明胶纸上有无粒子被黏牢。

 

粒子被取出后，可在电子扫描镜显微中或其他质谱分析仪中进行成分分析。提取粒子是根据具体要求而定的，为了便于取出粒子，最好是选择粒子信号偏大的试样进行分析。但这种方法不能保证对粒子100%地提取，所以，未来可在这方面进行改进。

 

2.通过观察信号或波形直观地得到内部粒子的信息

 

通过技术的提高或监测电性能等方法，直观地观察信号或波形便可得到器件内部的粒子形态。如器件内部是否存在真实的粒子，或是由于器件本身的工艺导致的噪声信号产生等。若是真实粒子，那么粒子的大小、材料是什么等，可以直观地获取，减小试验的错判和漏判。

 

 

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