颗粒碰撞失效分析

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:487

朱卫良宫建华陆坚

(中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035)

摘要：本文讲述了颗粒碰撞失效的分析方法。找出了引起失效原因的可动颗粒。

关键词：颗粒碰撞；可动颗粒；x-射线

中图分类号：tn407 文献标识码：a

1 引言

颗粒碰撞噪声试验是用来检测集成电路、混合电路、晶体管、继电器和开关等电子元器件封装腔体里存在的自由粒子，腔体里存在的自由粒子，也即多余的可动物时，它可导致元器件失效、时好时坏，特别是整机在运动过程中更表现突出，故对产品的可靠性，尤其是航天产品，危害性极大。颗粒碰撞噪声检测(pind)，专门用来检测腔体内部多余的可动物。试验方法是，将元器件固定在振动台上，对它施加一定的冲击和振动后，腔体内的自由粒子与元器件封装壳体碰撞时激励换能器而被检测出来。

2 试验情况

对某元器件做pind试验，试验的结果显示失效。观察试验过程，示波器显示出大量的高频尖峰信号；扬声器发出与恒定背景噪声不同的和各种音响指示。元器件在颗粒碰撞试验中失效，腔体内部存在多余的可动物。

3 失效分析的过程

为了分析元器件在颗粒碰撞试验中的失效机理，首要条件就是必须弄清楚腔体内部自由粒子为何物，才能进一步找出失效的根源。设计分析程序如下：

①使用非破坏手段：用x射线照相检测腔体内部的情况。x射线照相对属于重金属的多余物有较好的检测能力，并且可确定位置及尺寸。

②使用破坏方法：直接开帽打开元器件的腔体内部，通过显微镜来检查腔体内的可动颗粒，用这种方法能寻找到内部存在多余的颗粒，但存在一定风险；无法准确地判断颗粒的来源，是腔体内部原来固有的，还有在开帽的过程中新带人的，特别是当多余物是封帽之焊料时。

③对元器件的封盖用沙磨法使之局部变薄，以利于刺穿元器件的盖板，刺穿的孔用胶带密封好，元器件固定在振动台上，在一定的冲击和振动作用时，腔体内可动颗粒自由移动，并逐渐粘附在胶带纸上，直到颗粒碰撞的试验结果显示没有可动颗粒时，停止冲击和振动。在显微镜下观察胶带上的各种黏附物。但是值得注意的是，该方法在刺穿的过程中也会带人新的可动颗粒。以上尝试的三种试验方法都有一些不完善的地方，所以对试验结果的分析的准确性缺乏完全可信的依据。

4 自由粒子的确认

经过多次试验分析反复比较，得出以下的试验方法对可动颗粒的分析有较高的可行性。试验方法如下：

①颗粒碰撞试验来确认元器件腔体内存在可动的多余物，然后用x射线照相，通过监示器的显示屏观察，当某位置处显示的图象上，有不同于其它元器件的异常图像时，记录该异常点所在元器件的具体位置，并保留在该位置处的x射线相片。

②取该元器件再做颗粒碰撞试验，重复做2-3次，之后用x射线照相，通过监示器观察，当某位置显示的图象上，有不同于其它元器件的异常图像点时，记录该异常点所在元器件的位置，并保留在该位置处的x射线相片。

③重复步骤②

④比较每个元器件在3次x射线照相中所得的相片，分析发现：相片上异常点的位置有一直不变的、不可动颗粒；也有位置改变的可动颗粒。

⑤对有不可动颗粒的元器件开帽，在显微镜下观察开帽的腔体，注意此时观察的位置和腔体内部的不可动颗粒在相片上的位置相对应。显微镜观察的不可动颗粒为焊锡，推断可动颗粒就是焊锡。

5 元器件腔体内的颗粒分析

对相片上的异常点对比分析发现，同一颗粒的x射线照片，有的颗粒相片的位置没有改变(图1)，有的发生改变(图2)。在x射线照相试验时，先对元器件进行了颗粒碰撞，试验过程中施加了一定的冲击和振动，冲击可以使电子元器件内部颗粒松散，振动可以使松散的颗粒碰撞腔体内部，因而对元器件腔体内的可动颗粒的位置产生了影响，也就是图2所示的同一颗粒，但x射线照相后的位置发生了改变。

通过显微镜观察发现，在x射线照相中的不可动颗粒就是焊锡，并且它是在元器件腔体内管壳的金属引线上，不可动颗粒焊锡沾附着金属引线。元器件封帽时，当高温的焊锡沾到具有可焊性的物质时(如金属引线)，成为不可动的颗粒；当沾到不具有可焊性的物质时(如陶瓷)，就成为可动颗粒。

针对该元器件腔体内不可动颗粒是高温焊锡沾人到金属引线上的原因对封装完毕的元器件