龔國(guó)虎，梁棟程，劉云婷，何志剛

（中國(guó)工程物理研究院計(jì)量測(cè)試中心，四川 綿陽(yáng) 621999）

0 引言

在密封電子器件生產(chǎn)過(guò)程中，由于生產(chǎn)操作人員的素質(zhì)、生產(chǎn)原料、產(chǎn)品控制方法、生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)裝配工藝等原因，容易在器件內(nèi)部產(chǎn)生顆粒物[1]，隨著電子產(chǎn)品小型化、集成化的高速發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越加復(fù)雜，生產(chǎn)工藝涉及裝配工藝眾多，生產(chǎn)工藝難度大、工序繁多，使得器件因?yàn)樯a(chǎn)中的某個(gè)環(huán)節(jié)控制不到位而產(chǎn)生顆粒物[2]。器件中的顆粒物所導(dǎo)致的故障具有較強(qiáng)的突發(fā)性和隨機(jī)性，在某些力學(xué)環(huán)境或者失重等情況下容易引起顆粒物不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而引起內(nèi)部電路故障失效[3-6]。

內(nèi)部多余物已成為影響密封器件可靠性的關(guān)鍵因素之一，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確判定就顯得十分重要。在DPA檢測(cè)過(guò)程中，需要將密封器件開封進(jìn)行內(nèi)部目檢，然而，針對(duì)密封器件開封，現(xiàn)在大多是采用機(jī)械打磨或者剪掉密封邊緣的方法，無(wú)法完全保證不引入外部多余物，特別是采用砂輪打磨的方法時(shí)容易將外部顆粒引入器件內(nèi)部。因此，結(jié)合X射線檢測(cè)和PIND試驗(yàn)結(jié)果來(lái)分辨開封引入和工藝過(guò)程存在問(wèn)題就成為了保障檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的最佳途徑之一。在先期進(jìn)行的某密封器件X射線檢查和PIND試驗(yàn)篩選試驗(yàn)樣本中，按兩項(xiàng)試驗(yàn)兩種結(jié)果設(shè)計(jì)4組試驗(yàn)進(jìn)行開封及后續(xù)驗(yàn)證與分析試驗(yàn)對(duì)比，目的是觀察顆粒物的外觀形貌特征、確定顆粒物成分來(lái)分析顆粒物來(lái)源，為密封器件顆粒物的準(zhǔn)確分析提供技術(shù)支撐，從而保障顆粒物檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 顆粒物分析

1.1 顆粒物檢測(cè)方法

目前顆粒物檢測(cè)的方法主要有X射線檢測(cè)、顆粒碰撞噪聲檢測(cè)（PIND）、馬特拉法[4-7]、封帽前顯微鏡檢查、器件開封后多余物尋找等。彭勇等在文獻(xiàn)[5]中提出了利用對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)件和被檢件的CT圖像來(lái)判斷顆粒物的思路，在實(shí)際的檢測(cè)中受到器件內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)、儀器檢出限和檢測(cè)時(shí)間等因素的影響，使用該方法檢出顆粒物效果不太理想。檢測(cè)行業(yè)目前主要通過(guò)X射線檢查、PIND試驗(yàn)等無(wú)損的方法來(lái)檢測(cè)顆粒物。

1.2 分組試驗(yàn)

選取國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的儲(chǔ)能焊封蓋器件進(jìn)行試驗(yàn)，選擇儲(chǔ)能焊封裝器件作為試驗(yàn)對(duì)象是因?yàn)樵摲庋b器件開封可以采取斜口鉗剪邊而非打磨的方式，降低所引入外部多余物的風(fēng)險(xiǎn)，有利于內(nèi)部多余物的準(zhǔn)確找尋，以判斷多余物的成分和引入途徑。試驗(yàn)器件分為4組：

1）PIND和X射線檢測(cè)均不合格（編號(hào)為391、321、634、637、615）；

2）X射線檢測(cè)不合格，PIND檢測(cè)合格（編號(hào)為354、664、327、673、338）；

3）PIND檢測(cè)不合格，X射線檢測(cè)合格（編號(hào)為459、599、221、323、620）；

4）PIND和X射線檢測(cè)均合格（編號(hào)為602、648、592、606、591）。

對(duì)組1-2兩組器件進(jìn)行X射線檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)顆粒物的典型形貌，如圖1所示。

圖1 組1-2 X射線檢測(cè)的多余的典型形貌

通過(guò)斜口鉗或剪刀等工具直接剪掉焊接部位后取下外殼。開封過(guò)程中需要特別注意手指和器件外圍顆粒物的清除，剪邊后可以借助封口膠等物品清除器件外部可能存在的顆粒物后再在觀察區(qū)域取下外殼。

開封后組1-3 3組器件均發(fā)現(xiàn)顆粒物。開封后所探尋的顆粒物典型形貌如圖2所示。

圖2 開封后所探尋的顆粒物典型形貌

按照試驗(yàn)預(yù)計(jì)，第四組器件開封后不應(yīng)該找尋到多余物，但是591號(hào)樣品內(nèi)部卻探尋到顆粒物的存在，這個(gè)結(jié)果與前序篩選試驗(yàn)的結(jié)果存在差異。初步分析認(rèn)為這種情況是開封引入外部多余物或者開封導(dǎo)致原本不可動(dòng)顆粒物成為可動(dòng)多余物的概率較大。

1.3 顆粒物成分分析

對(duì)顆粒物進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）及能譜分析試驗(yàn)，由于所探尋的顆粒物都很小，在將顆粒物轉(zhuǎn)移的過(guò)程中需要十分小心，避免沾污和操作不慎顆粒物遺失的情況。對(duì)組1-3探尋到的顆粒物進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)顆粒物的主要成分要么是Sn、Pb，要么是Fe、Cr、Ni成分，典型顆粒物的SEM形貌及成分如圖3所示。

圖3 典型顆粒物的SEM形貌及成分

對(duì)591號(hào)樣品進(jìn)行SEM觀察及能譜分析，確認(rèn)顆粒物主要成分為Fe、Cr、Ni，該顆粒物的SEM形貌及能譜成分結(jié)果如圖4所示。從電鏡形貌觀察發(fā)現(xiàn)：該顆粒物一端表現(xiàn)為熔融光滑形貌，另外一端呈現(xiàn)如圖5所示的撕扯拉伸跡象。該顆粒物并無(wú)劃痕或剪切紋理，所以確定該顆粒物并非外部引入。

圖4 591號(hào)內(nèi)部顆粒物的SEM形貌及成分

圖5 591號(hào)樣品顆粒物拉伸撕扯跡象形貌

針對(duì)591號(hào)樣品所發(fā)現(xiàn)顆粒物X射線未檢測(cè)到的情況進(jìn)一步地實(shí)驗(yàn)：將粘于導(dǎo)電膠帶上的該顆粒重新放入器件的不同位置，并蓋上原封裝蓋進(jìn)行X射線檢查，顆粒處于基板表面、殼蓋，頂角附近、焊縫位置的顆粒都能通過(guò)X射線檢查出來(lái)，處于基板側(cè)壁時(shí)，需多次移動(dòng)位置并選取合適的放大倍數(shù)才可能觀察到，故推斷顆粒位于焊縫側(cè)壁邊緣。

對(duì)殼體焊縫及側(cè)壁進(jìn)行顯微鏡和SEM檢查，發(fā)現(xiàn)有如圖6所示與本次發(fā)現(xiàn)的顆粒較為吻合的脫離痕跡位置，而且該位置附近SEM檢查發(fā)現(xiàn)還存在未脫落的熔焊物跡象。

圖6 591號(hào)顆外殼側(cè)壁顆粒物脫離處形貌

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

組1-3的樣品內(nèi)部Fe、Cr、Ni顆粒物成分和封裝殼體的成分是一致的，因?yàn)轭w粒物均呈現(xiàn)較為規(guī)則、表面為熔融光滑形貌。而且采用剪邊的方式不會(huì)產(chǎn)生打磨顆粒物，故確定該顆粒物并非開封引入的外部多余物，該器件采用儲(chǔ)能電阻焊封裝。儲(chǔ)能焊的過(guò)程中由于接觸電阻過(guò)大等原因，會(huì)因?yàn)槟芰窟^(guò)于集中而造成打火現(xiàn)象，容易產(chǎn)生焊接飛濺[8]。故Fe、Cr、Ni顆粒物是因?yàn)樵趦?chǔ)能焊過(guò)程中焊接飛濺所產(chǎn)生的。開封過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生Sn、Pb成分的顆粒物質(zhì)，分析工藝流程確定Sn、Pb顆粒物是由于混合電路內(nèi)部將電容及密封晶體振蕩器焊接于陶瓷基板電路時(shí)形成的Sn、Pb焊料飛濺顆粒物。

591號(hào)樣品存在固定于殼體邊緣的電阻焊時(shí)濺出的熔融態(tài)物質(zhì)，飛濺物本來(lái)與殼體緊密結(jié)合，所以X射線和PIND試驗(yàn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)，由于開封時(shí)斜口鉗剪掉焊接區(qū)時(shí)，外殼邊緣形變而產(chǎn)生應(yīng)力后該顆粒脫落掉入器件內(nèi)形成可動(dòng)多余物。密封混合電路對(duì)于未在芯片表面的顆粒物要未固定住或者看不到輪廓的熔融物才會(huì)判定為多余物，所以該顆粒物在DPA內(nèi)部目檢試驗(yàn)時(shí)候不應(yīng)該判為不合格。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)PIND和X射線檢測(cè)兩項(xiàng)試驗(yàn)的4種篩選結(jié)果的樣品開封后探尋顆粒物，對(duì)于X射線檢測(cè)或PIND檢測(cè)不合格的樣品均探尋到外表光滑具有熔融跡象的Sn、Pb或Fe、Cr、Ni成分顆粒物，兩種顆粒物分別在陶瓷基板電路焊接內(nèi)部元件以及外殼儲(chǔ)能電阻焊封裝過(guò)程中引入。X射線檢測(cè)和PIND檢測(cè)均合格的一只樣品開封后發(fā)現(xiàn)存在Fe、Cr、Ni成分、外表光滑熔融態(tài)的顆粒物。該顆粒物為開封過(guò)程中外殼形變產(chǎn)生應(yīng)力使得殼體邊緣被固定住的儲(chǔ)能焊封裝飛濺物掉落而成的可動(dòng)多余物。