粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗設備靈敏度的定量分析

鄧永芳，李曉紅，張麗巍，羅 俊

（中國電子科技集團公司第二十四研究所，重慶 400060）

引言

氣密性封裝器件腔體內的自由粒子是影響器件可靠性的重要因素之一。若氣密性封裝的器件的腔體內存在自由粒子時，即存在可動多余物，在快速變相運動或劇烈震動中，這些自由粒子會不斷與器件腔體內的芯片、鍵合絲等發生碰撞。若自由粒子為金屬等導電性物質時，還可能會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，當其質量足夠大時，也可能使器件內部鍵合絲等發生形變等。為此，許多器件要求進行粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗篩選。

GJB 548《微電子試驗方法和程序》方法2020和GJB 128《半導體分立器件試驗方法》方法2052中粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗要求，試驗設備的閾值檢測器能檢測出超過預置閾值峰值為20mV±1mV的粒子噪聲電壓。因此需對試驗設備閾值檢測器的靈敏度（以下簡稱“靈敏度”）檢測分析，這里介紹了一種可定量檢測分析碰撞噪聲檢測（PIND）試驗設備的閾值檢測器的靈敏度方法。

1 PIND檢測

顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）試驗設備的檢測由沖擊和振動兩個過程組成。其工作原理是通過沖擊使可能的多余粒子脫離附著腔體，通過振動使其相對于腔體內壁進行撞擊產生機械壓力波，用高靈敏度壓力傳感器將檢測到的撞擊壓力/壓強轉換為電信號，經過放大后用音頻和視頻信號顯示出來。

根據PIND檢測原理，在三種檢測系統中的一種或幾種中出現下述現象表示存在粒子：

1）超過正常恒定背景“白噪聲”電平的高頻尖峰信號的視覺指示；

2）與換能器上無DUT時的恒定背景噪聲不同的卡塔聲、喀啦聲或劈啦的音響指示；

3）由燈光或示波器的二次軌跡偏轉表示出的閾值檢測。

PIND檢測原理如圖1所示。

從PIND檢測原理圖上可以看出，失效判據有三種：一是失效指示燈判定，二是示波器判定，三是聲音報警器判定。

但在實際試驗操作過程中，高頻尖峰信號出現及存在的時間會影響到示波器判定，試驗環境的背景條件及設備的音量大小會影響到聲音報警器判定，因此失效指示燈成為PIND檢測結果最關鍵、最重要的判定指示。

2 靈敏度檢測

2.1 靈敏度試驗裝置及檢測原理

GJB 548《微電子試驗方法和程序》方法2020和GJB 128《半導體分立器件試驗方法》方法2052中粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗中，其典型的靈敏度檢測單元（STU）試驗裝置如圖2所示。

STU由一個其容差與PIND換能器容差相同的換能器和一個能以250μV±20%的脈沖激勵換能器的電路組成。當此換能器以粘附劑與PIND換能器相耦合時，STU能在示波器上產生一個峰值約為20mV的廢脈沖。

2.2 靈敏度檢測方法

按圖2要求用水溶膠粘附劑把STU換能器安裝在PIND換能器上，并選用高頻存貯示波器。觸發STU，通過存貯示波器上捕獲并貯存STU產生的振幅來分析試驗設備的失效指示燈報警靈敏度。

2.3 靈敏度檢測結果

以BW-LPD-D4000（編號758502002）型粒子碰撞噪聲檢測試驗設備進行靈敏度檢測分析。檢測頻次35次，檢測結果如表1所示。

BW-LPD-D4000的靈敏度檢測結果圖示如圖3所示。

3 定量分析結果

根據檢測結果，可以得出BW-LPD-D4000（編號758502002）設備的靈敏度定量結果：

圖1 PIND 檢測原理

圖2 典型的靈敏度試驗裝置

1）最小報警信號幅度19.8mV，即信號幅度低于19.8mV時，設備的信號指示燈不會出現報警；

2）最大未報警信號幅度20.9mV，即信號幅度高于20.9mV時，設備的信號指示燈均會出現報警；

3）報警與不報警的臨界狀態范圍為19.8～20.9mV，報警概率58.3%，不報警概率41.6%。

從上述定量分析結果，得到BW-LPD-D4000（編號758502002）靈敏度結果圖，如圖4所示。

表1 BW-LPD-D4000 靈敏度檢測結果

圖3 BW-LPD-D4000 的靈敏度檢測結果圖

圖4 BW-LPD-D4000 的靈敏度

從定量分析結果看，BW-LPD-D4000（編號758502002）設備的靈敏度完全滿足GJB 548《微電子試驗方法和程序》方法2020和GJB 128《半導體分立器件試驗方法》方法2052中粒子碰撞噪聲檢測（PIND）試驗所要求的“能檢測出超過預置閾值峰值為20mV±1mV的粒子噪聲電壓”。

4 結束語

由于每次觸發STU時所產生的振幅不會完全相同，用于PIND試驗設備的靈敏度試驗時，只能得到一個定性的檢測結果。采用高頻貯存示波器捕獲STU產生的振幅，可定量分析PIND試驗設備的靈敏度，獲得具體的靈敏度指標數據。

[1]羅輯,趙和義 主編. JY 電子元器件質量管理與質量控制[M].北京：國防工業出版社, 2004.

[2]GJB 548B-2005, 微電子器件試驗方法和程序[S].

[3]GJB 128A-97, 半導體分立器件試驗方法[S].