粒子碰撞噪声检测（PIND）试验设备灵敏度的定量分析

邓永芳，李晓红，张丽巍，罗 俊

（中国电子科技集团公司第二十四研究所，重庆 400060）

引言

气密性封装器件腔体内的自由粒子是影响器件可靠性的重要因素之一。若气密性封装的器件的腔体内存在自由粒子时，即存在可动多余物，在快速变相运动或剧烈震动中，这些自由粒子会不断与器件腔体内的芯片、键合丝等发生碰撞。若自由粒子为金属等导电性物质时，还可能会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，当其质量足够大时，也可能使器件内部键合丝等发生形变等。为此，许多器件要求进行粒子碰撞噪声检测（PIND）试验筛选。

GJB 548《微电子试验方法和程序》方法2020和GJB 128《半导体分立器件试验方法》方法2052中粒子碰撞噪声检测（PIND）试验要求，试验设备的阈值检测器能检测出超过预置阈值峰值为20mV±1mV的粒子噪声电压。因此需对试验设备阈值检测器的灵敏度（以下简称“灵敏度”）检测分析，这里介绍了一种可定量检测分析碰撞噪声检测（PIND）试验设备的阈值检测器的灵敏度方法。

1 PIND检测

颗粒碰撞噪声检测（PIND）试验设备的检测由冲击和振动两个过程组成。其工作原理是通过冲击使可能的多余粒子脱离附着腔体，通过振动使其相对于腔体内壁进行撞击产生机械压力波，用高灵敏度压力传感器将检测到的撞击压力/压强转换为电信号，经过放大后用音频和视频信号显示出来。

根据PIND检测原理，在三种检测系统中的一种或几种中出现下述现象表示存在粒子：

1）超过正常恒定背景“白噪声”电平的高频尖峰信号的视觉指示；

2）与换能器上无DUT时的恒定背景噪声不同的卡塔声、喀啦声或劈啦的音响指示；

3）由灯光或示波器的二次轨迹偏转表示出的阈值检测。

PIND检测原理如图1所示。

从PIND检测原理图上可以看出，失效判据有三种：一是失效指示灯判定，二是示波器判定，三是声音报警器判定。

但在实际试验操作过程中，高频尖峰信号出现及存在的时间会影响到示波器判定，试验环境的背景条件及设备的音量大小会影响到声音报警器判定，因此失效指示灯成为PIND检测结果最关键、最重要的判定指示。

2 灵敏度检测

2.1 灵敏度试验装置及检测原理

GJB 548《微电子试验方法和程序》方法2020和GJB 128《半导体分立器件试验方法》方法2052中粒子碰撞噪声检测（PIND）试验中，其典型的灵敏度检测单元（STU）试验装置如图2所示。

STU由一个其容差与PIND换能器容差相同的换能器和一个能以250μV±20%的脉冲激励换能器的电路组成。当此换能器以粘附剂与PIND换能器相耦合时，STU能在示波器上产生一个峰值约为20mV的废脉冲。

2.2 灵敏度检测方法

按图2要求用水溶胶粘附剂把STU换能器安装在PIND换能器上，并选用高频存贮示波器。触发STU，通过存贮示波器上捕获并贮存STU产生的振幅来分析试验设备的失效指示灯报警灵敏度。

2.3 灵敏度检测结果

以BW-LPD-D4000（编号758502002）型粒子碰撞噪声检测试验设备进行灵敏度检测分析。检测频次35次，检测结果如表1所示。

BW-LPD-D4000的灵敏度检测结果图示如图3所示。

3 定量分析结果

根据检测结果，可以得出BW-LPD-D4000（编号758502002）设备的灵敏度定量结果：

图1 PIND 检测原理

图2 典型的灵敏度试验装置

1）最小报警信号幅度19.8mV，即信号幅度低于19.8mV时，设备的信号指示灯不会出现报警；

2）最大未报警信号幅度20.9mV，即信号幅度高于20.9mV时，设备的信号指示灯均会出现报警；

3）报警与不报警的临界状态范围为19.8～20.9mV，报警概率58.3%，不报警概率41.6%。

从上述定量分析结果，得到BW-LPD-D4000（编号758502002）灵敏度结果图，如图4所示。

表1 BW-LPD-D4000 灵敏度检测结果

图3 BW-LPD-D4000 的灵敏度检测结果图

图4 BW-LPD-D4000 的灵敏度

从定量分析结果看，BW-LPD-D4000（编号758502002）设备的灵敏度完全满足GJB 548《微电子试验方法和程序》方法2020和GJB 128《半导体分立器件试验方法》方法2052中粒子碰撞噪声检测（PIND）试验所要求的“能检测出超过预置阈值峰值为20mV±1mV的粒子噪声电压”。

4 结束语

由于每次触发STU时所产生的振幅不会完全相同，用于PIND试验设备的灵敏度试验时，只能得到一个定性的检测结果。采用高频贮存示波器捕获STU产生的振幅，可定量分析PIND试验设备的灵敏度，获得具体的灵敏度指标数据。

[1]罗辑,赵和义 主编. JY 电子元器件质量管理与质量控制[M].北京：国防工业出版社, 2004.

[2]GJB 548B-2005, 微电子器件试验方法和程序[S].

[3]GJB 128A-97, 半导体分立器件试验方法[S].