楊　城，譚　晨，王伯淳

（湖北航天技術(shù)研究院計(jì)量測試技術(shù)研究所，湖北孝感432100）

破壞性試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法研究

楊城，譚晨，王伯淳

（湖北航天技術(shù)研究院計(jì)量測試技術(shù)研究所，湖北孝感432100）

能力驗(yàn)證是利用實(shí)驗(yàn)室間比對，按照預(yù)先制定的準(zhǔn)則評價(jià)參加者的能力，即利用實(shí)驗(yàn)室/機(jī)構(gòu)間結(jié)果的比對來判定實(shí)驗(yàn)室/機(jī)構(gòu)在制定業(yè)務(wù)范圍內(nèi)校準(zhǔn)、檢測或測試的能力。過去很多人認(rèn)為破壞性試驗(yàn)不能進(jìn)行能力驗(yàn)證試驗(yàn)。以電子元器件破壞性物理分析（DPA）試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行的破壞性鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)的能力驗(yàn)證方案為例，開展破壞性試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法研究，為往后在實(shí)驗(yàn)室間進(jìn)行破壞性試驗(yàn)的能力驗(yàn)證活動(dòng)提供一定的參考。

能力驗(yàn)證；校準(zhǔn)；破壞性試驗(yàn)

1　引言

實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可中，能力驗(yàn)證作為評價(jià)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力的重要手段日益受到認(rèn)可機(jī)構(gòu)的重視［1］。根據(jù)樣品傳遞方式的不同，能力驗(yàn)證計(jì)劃主要分為兩類：測量比對計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)室間檢測計(jì)劃。

能力驗(yàn)證作為實(shí)驗(yàn)室重要的外部質(zhì)量保證手段，其與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部控制互相依存、互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)室完整的質(zhì)量控制體系。能力驗(yàn)證不僅是實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制不可或缺的重要組成部分，也是增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可機(jī)構(gòu)、政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)和客戶等相關(guān)方對實(shí)驗(yàn)室信心的重要途徑。

由于能力驗(yàn)證試驗(yàn)依托“大樣本”試驗(yàn)，正常情況下各實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)值應(yīng)逼近真值。據(jù)此，可采用有證參考物質(zhì)作為能力驗(yàn)證計(jì)劃共同試驗(yàn)樣品，有證參考物質(zhì)（即標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品）是具有正（準(zhǔn)）確量值的測量標(biāo)準(zhǔn)，是以物征量值的穩(wěn)定性、均勻性和正（準(zhǔn)）確性為其主要特征的。依據(jù)能力驗(yàn)證試驗(yàn)對有證參考物質(zhì)檢測結(jié)果的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)值，用以比較驗(yàn)證有證參考物質(zhì)認(rèn)定值的符合性［2］。

過去很多人錯(cuò)誤地認(rèn)為，破壞性試驗(yàn)不能使用有證參考物質(zhì)進(jìn)行能力驗(yàn)證試驗(yàn)，缺乏統(tǒng)一的比對標(biāo)準(zhǔn)，所以不能開展能力驗(yàn)證活動(dòng)。本文以電子元器件破壞性物理分析（DPA）試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行的破壞性鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)的能力驗(yàn)證為例，開展破壞性試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法研究。

2　破壞性鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證方法

進(jìn)行破壞性鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，每根鍵合絲只能進(jìn)行一次引線鍵合強(qiáng)度測試，所以無法使用同一個(gè)樣品進(jìn)行能力驗(yàn)證試驗(yàn)，因此需選用一致性較好的樣品提供給不同試驗(yàn)單位。

2.1樣品選擇

電子元器件封裝形式主要分為塑料封裝、陶瓷封裝和金屬封裝，其中塑料封裝集成電路的引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)需要去包封樹脂而容易引入缺陷，因此僅用作工程觀察并且僅作為信息記錄，不作為一致性或非一致性的統(tǒng)計(jì)。為保證提供給各家實(shí)驗(yàn)室的檢測樣品之間的所有差別降至最小，本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)樣品從陶瓷封裝或金屬封裝中進(jìn)行選擇。

同時(shí)，由于金屬封裝的樣品單價(jià)高，故本次引線鍵合強(qiáng)度能力驗(yàn)證試驗(yàn)采用陶瓷封裝的樣品。另外，鍵合工藝本身的引線鍵合強(qiáng)度是通過SPC控制在一定范圍內(nèi)的［3］，故需考慮到鍵合絲本身的引線鍵合強(qiáng)度的差異常性帶來的偏差，所以采用的樣品鍵合絲數(shù)應(yīng)盡可能多，各實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度數(shù)據(jù)從n（n應(yīng)盡可能大）根鍵合絲引線鍵合強(qiáng)度的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后得到。最終試驗(yàn)選擇AD574AKD作為樣品，見表1。

表1　試驗(yàn)樣品情況

2.2方案制定

本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)采用的樣品是同一批次的12 位ADC，到貨后不對其進(jìn)行任何篩選處理，立即委托各家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)束后對返回的各樣品進(jìn)行內(nèi)部目檢，檢查芯片位置的一致性；每一實(shí)驗(yàn)室的測試樣品數(shù)量均為5只。

試驗(yàn)方法按GJB548B-2005方法2011.1引線鍵合強(qiáng)度（破壞性鍵合拉力試驗(yàn)）試驗(yàn)條件D——引線拉力（雙鍵合點(diǎn)）進(jìn)行。為盡可能降低實(shí)驗(yàn)室間的變異（包括測量方法間的變動(dòng)），規(guī)定各家實(shí)驗(yàn)室按照相同的試驗(yàn)參數(shù)和方法進(jìn)行引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)，且引線鍵合強(qiáng)度/剪切力測試儀需計(jì)量檢定合格。通過規(guī)定引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)參數(shù)和方法，盡可能降低實(shí)驗(yàn)室間的變異（包括測量方法間的變動(dòng)），但仍存在溫濕度、試驗(yàn)人員試驗(yàn)習(xí)慣和使用的設(shè)備等差異。鍵合絲編號情況見圖1，鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)具體參數(shù)要求見表2。

驗(yàn)證試驗(yàn)共有7家單位參加（以A～G編號），各單位使用的引線鍵合強(qiáng)度/剪切力測試儀型號信息見表3。

圖1　鍵合絲編號順序

表2　引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)具體參數(shù)要求

表3　試驗(yàn)單位信息

3　數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)和分析

3.1數(shù)據(jù)處理

將返回的樣品進(jìn)行內(nèi)部目檢，芯片位置一致性較好；編號為22#的鍵合絲鍵合在陶瓷外殼芯腔底板上（各實(shí)驗(yàn)室對其測試的鍵合強(qiáng)度值均大于鍵合于芯片的鍵合絲），為保證引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)對象的一致性，本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)不統(tǒng)計(jì)該鍵合強(qiáng)度值；各實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)均未發(fā)現(xiàn)脫鍵合情況，且鍵合絲脫離模式主要為內(nèi)頸縮點(diǎn)斷裂（比例統(tǒng)計(jì)見表4）；各實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度值的分布直方圖見圖2，X軸為力值區(qū)間，Y軸為引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)在該力值區(qū)間的測試數(shù)量。

圖2　各實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度值的分布直方圖

由各實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度值的分布直方圖可以看出，除B實(shí)驗(yàn)室外其余實(shí)驗(yàn)室的測試數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。將各實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，公式如下：

n：測試數(shù)據(jù)總數(shù)；Xi：具體測試值，i=1，2，3……n。

各實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4　引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.2數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

涉及引用的統(tǒng)計(jì)量［6］見CNAS-GL02：2006《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南》。

（1）結(jié)果數(shù)（N）：從一個(gè)特定檢測中得到的結(jié)果總數(shù)。

（2）中位值（M）：一組數(shù)據(jù)的中間值。

（3）高四分位數(shù)值（Q3）：如果將能力驗(yàn)證計(jì)劃的N個(gè)結(jié)果按由小到大的順序排列，數(shù)據(jù)組中有四分之一數(shù)據(jù)比它大。

（4）低四分位數(shù)值（Q1）：如果將能力驗(yàn)證計(jì)劃的N個(gè)結(jié)果按由小到大的順序排列，數(shù)據(jù)組中有四分之一數(shù)據(jù)比它小。

（5）四分位間距（IQR）：低四分位數(shù)值和高四分位數(shù)值的差值，即IQR=Q3-Q1。

（6）標(biāo)準(zhǔn)化四分位數(shù)間距（標(biāo)準(zhǔn)化IQR）：表示數(shù)據(jù)分散程度的量度，類似于標(biāo)準(zhǔn)偏差，標(biāo)準(zhǔn)化IQR= 0.7413×IQR，系數(shù)0.7413，是從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布導(dǎo)出。

（7）穩(wěn)健變異系數(shù)（穩(wěn)健CV）：標(biāo)準(zhǔn)化IQR除以中位值，并用百分比表示。即CV=標(biāo)準(zhǔn)化IQR/中位值（M）×100%。

（8）最大值：一組結(jié)果中的最高值。

（9）最小值：一組結(jié)果中的最低值。

（10）極差：最大值減去最小值。

總體統(tǒng)計(jì)量見表5。

表5　總體統(tǒng)計(jì)量表

3.3數(shù)據(jù)分析與評價(jià)

采用Z比分?jǐn)?shù)來評判各實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，并驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)的能力是否準(zhǔn)確。Z比分?jǐn)?shù)公式如下：

評價(jià)方法：|Z|≤2，為滿意結(jié)果；2＜|Z|＜3，為有問題結(jié)果；|Z|≥3，為不滿意結(jié)果。

各實(shí)驗(yàn)室Z比分?jǐn)?shù)如下：

A實(shí)驗(yàn)室|ZA|=（4.811-4.811）/0.598=0，B實(shí)驗(yàn)室|ZB|=（6.159-4.811）/0.598=2.254，C實(shí)驗(yàn)室|ZC|=（5.828-4.811）/0.598=1.701，D實(shí)驗(yàn)室 |ZD|=（5.261-4.811）/ 0.598=0.752，E實(shí)驗(yàn)室|ZE|=（4.746-4.811）/0.598=0.109，F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室|ZF|=（4.699-4.811）/0.598=0.187，G實(shí)驗(yàn)室|ZG|= （4.729-4.811）/0.598=0.137。

表6　數(shù)據(jù)分析及結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表6可知B實(shí)驗(yàn)室的引線鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果為有問題結(jié)果，其余實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果為滿意結(jié)果；返回查看各實(shí)驗(yàn)室引線鍵合強(qiáng)度值數(shù)據(jù)，B實(shí)驗(yàn)室的測試數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，說明該實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果確實(shí)存在一定問題。

在電子元器件破壞性物理分析（DPA）試驗(yàn)時(shí)，通過破壞性鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)的能力驗(yàn)證方案的制定與實(shí)施，研究了破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行能力驗(yàn)證試驗(yàn)的方法。

4　結(jié)論

破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目能力驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)值由一輪驗(yàn)證計(jì)劃所得數(shù)據(jù)確定，該標(biāo)準(zhǔn)值可用于確定某實(shí)驗(yàn)室在本次能力驗(yàn)證計(jì)劃中檢測數(shù)據(jù)與整體水平的接近程度和重復(fù)性。對各實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算其中中位值及標(biāo)準(zhǔn)化四分位距，用Z比分?jǐn)?shù)來評判各實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，可以為往后在實(shí)驗(yàn)室間進(jìn)行破壞性試驗(yàn)的能力驗(yàn)證活動(dòng)提供一定的參考。

［1］張鵬杰.實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證結(jié)果利用的思考 ［J］.冶金分析，2012，06：171-176.

［2］王海舟，胡洛翡，羅倩華，孔鑫鑫，李小佳.能力驗(yàn)證結(jié)果穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)值與有證參考物質(zhì)認(rèn)定值的符合性比較研究［J］.冶金分析，2010，11:1-5.

［3］李孝軒，丁友石，嚴(yán)偉.SPC用于金絲鍵合質(zhì)量控制的研究［C］.第十二屆全國LED產(chǎn)業(yè)研討與學(xué)術(shù)會議論文集，2010，04.

［4］劉春芝，賀玲，劉笛.鍵合拉力測試點(diǎn)對鍵合拉力的影響［J］.電子與封裝，2008，8（5）：9-11.

［5］黃強(qiáng)，郭大琪，丁榮崢，張國華.雙鍵合點(diǎn)破壞性引線鍵合拉力試驗(yàn)的測量誤差分析 ［J］.電子與封裝，2003，3（9）：13-16.

［6］中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS-GL02:2006能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南［S］.

Research of the Proficiency Testing for Destructive Test

YANG Cheng，TAN Chen，WANG Bochun
（The Metrology and Measurement Institute of Hubei Space Academy，Xiaogan 432100，China）

In recent years，proficiency testing has been used by calibration laboratories to a great extent to provide objective evidence of measurement capability.But it is unusual that the proficiency testing be used in destructive test.Hence，the paper introduces a detailed proficiency testing plan for the wire bond strength test. The proficiency testing for destructive test is analyzed via the example presented.Besides，the research is of certain reference value in further applications.

proficiency testing；calibration；destructive test

TN306

A

1681-1070（2016）08-0005-04

2016-2-10

楊城（1988—），男，浙江金華人，西北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)，主要從事電子元器件可靠性技術(shù)研究。