【導(dǎo)讀】自由粒子為金屬等導(dǎo)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(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(jìn)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(dāng)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(dǎo)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(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(jìn)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(yù)防措施進(jìn)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(dāng)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(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)
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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(xì)規(guī)范或客戶要求進(jìn)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(yù)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(zhǔn)（應(yīng)以1V/0.1μPa對應(yīng)-77.5dB±3dB的要求校準(zhǔn)）。
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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)
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(jìn)行儀器靈敏度校準(zhǔn)：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(biāo)準(zhǔn)容器重復(fù)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)行最多5次的100%PIND試驗。不應(yīng)進(jìn)行PIND預(yù)篩選。在進(jìn)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(rèn)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(jìn)行試驗。
三、對標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(yán)格控制，否則試驗可能是破壞性的。
（3）當(dāng)有內(nèi)腔的密封件內(nèi)有柔軟細(xì)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(xì)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(dǎo)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(jìn)行空測及檢查，排除這些干擾因素，以保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行改進(jìn)。
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(dǎo)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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