摘要：通過對GJB548“微電子器件試驗方法和程序”頂層結(jié)構(gòu)的剖析和典型具體細微內(nèi)容的研究，對本標準的科學性、涉及學科的廣泛性和先進性、可操作性及整體水平做出了評價；對如何學習、使用
GJB548“微電子器件試驗方法和程序”闡述了意見；倡導在正確使用的基礎(chǔ)上，深入研究標準中執(zhí)行條款的依據(jù)；最后對如何通過吐故納新使GJB548“微電子器件試驗方法和程序”與時俱進，以適應(yīng)高可靠電子元器件發(fā)展對質(zhì)量控制標準的要求提出了建議。
關(guān)鍵詞：可靠性；標準；質(zhì)量控制
中圖分類號：TN306 文獻標識碼：A
文章編號：1003-353X(2006)02-0135-04
1 引言
GJB548“微電子器件試驗方法和程序”是參照美國MIL-STD-883“微電路試驗方法”制定的。MIL-STD-883雖然是為美國軍方采購微電路產(chǎn)品控制質(zhì)量而編寫的，但其應(yīng)用范圍遠不止于此，聲表器件、部分固體光電子器件、固體繼電器、晶體器件等都大量采納其條款作為質(zhì)量控制要求。它是當今世界范圍內(nèi)元器件質(zhì)量控制標準中應(yīng)用最廣，最具權(quán)威性的產(chǎn)品基礎(chǔ)規(guī)范。
由于MIL-STD-883的科學性、全面性及可操作性好，所以在編制和歷次修改GJB548時，95%以上的內(nèi)容都采納了MIL-STD-883最新版的原有條款。即將頒布的GJB548B-2005版就是以1996年發(fā)布的E版MIL-STD-883“微電路試驗方法”為藍本對GJB548A-1996進行修訂的。與GJB548A-1996版相比主要的差別是增加了試驗方法1034“染色滲透試驗”及試驗方法2035“載帶自動焊焊接質(zhì)量的超聲檢測”；在相應(yīng)的方法中刪除了MIL-STD-
883原本沒有的B1級的有關(guān)內(nèi)容。
所以認真深入研究GJB548，對健全我國軍用電子元器件的標準體系，提高標準水平，提升我國軍用電子元器件的質(zhì)量與可靠性水平具有重要意義。
2 GJB548的結(jié)構(gòu)剖析
在GJB548的適用范圍條目中寫到本標準“規(guī)定了軍用微電子器件的環(huán)境、機械、電氣試驗方法和試驗程序，以及為保證微電子器件滿足預定用途所要求的質(zhì)量和可靠性而必須的控制和限制措施”，其主體結(jié)構(gòu)由試驗方法和試驗程序兩部分組成。環(huán)境試驗方法編號范圍為1001～1999；機械試驗方法編號范圍為2001～2999；電學試驗方法編號范圍為
3001～4999；試驗程序范圍為5001～5999；這些方法編號均沒有占滿，空號是為新方法預留的。如即將頒布的GJB548B-2005版環(huán)境試驗最大方法編號為1034，中間還有6個空號。機械試驗最大方法編號為2035，中間有3個空號。電學試驗方法僅有方法3015
靜電放電敏感度的分級一個方法（電參數(shù)試驗方法我國大部分都采用國標的相應(yīng)方法）。試驗程序只有從方法5001到方法5013共13個方法。所以即將頒發(fā)的新版GJB548共計有方法和程序74個。
MIL-STD-883在歷次更新版本時其方法的編號是不變的，GJB548也是如此。例如方法2019在歷次MIL-STD-883及GJB548的版本中都是“芯片剪切強度”。如果芯片剪切強度的具體方法有變化，僅在方法號后加標識。如在即將頒發(fā)的新版GJB548
中,“方法2019芯片剪切強度”用“方法2019.2 芯片剪切強度”表示，意味著此方法是經(jīng)過兩次改版。
GJB548中的每個方法通常由“目的”、“設(shè)備”、“程序”、“說明”四部分組成。在“目的”中主要闡明本項試驗在器件質(zhì)量與可靠性保證中起作用。例如“方法1032
封裝引起的軟錯誤試驗程序”的“目的”表述為：“本試驗用于測試集成電路在已知試驗條件下對于由α粒子所產(chǎn)生錯誤的敏感程度。本試驗特定用于測定器件承受α粒子撞擊的能力，同時還可以確定芯片表面保護層的效能。通過試驗確定由器件封裝、芯片和芯片表面保護層材料中的α輻射源引起的器件失效率”。部分試驗方法的目的中還有相關(guān)的技術(shù)術(shù)語定義。“設(shè)備”部分主要闡述該項目試驗所用的儀器、設(shè)備、器具和材料的要求。這些要求都是十分具體的量化要求。例如對測量器件內(nèi)部的水汽含量的質(zhì)譜儀提出了“譜范圍：讀取到的最小譜范圍應(yīng)在1～100原子質(zhì)量單位（AMUs）。檢測精度：對給定的封裝再現(xiàn)地檢測出規(guī)定的水汽含量，其精度為20:1。即對于0.1
cm3，允許水汽含量為5×10-3，質(zhì)譜儀應(yīng)具有檢測出0.01cm 3
封裝體積內(nèi)水汽含量小于2.5×10-4的最小檢測精度”的要求�！俺绦颉�
中主要的內(nèi)容是試驗的具體程序、方法和判據(jù)。“說明”中提示用戶在采購文件中應(yīng)規(guī)定的本試驗沒有明確的有關(guān)內(nèi)容。如“方法1033
寫/擦疲勞壽命”的“說明”給出了下面的內(nèi)容：有關(guān)的采購文件應(yīng)規(guī)定以下內(nèi)容：（a）寫/擦循環(huán)次數(shù)；（b）數(shù)據(jù)維持烘焙條件，包括持續(xù)時間和溫度；（c）
電學測試時外殼溫度和定時條件；（d）適用時預處理條件和過程（若與第3章條件規(guī)定不同）；（e）環(huán)條件，包括溫度、方式（例如采用“塊”、“字節(jié)”或“位”）以及寫/擦脈沖的持續(xù)時間和重復速率；（f）抽樣方案，包括進行循環(huán)試驗的器件數(shù)和接收數(shù)。
在GJB 548的一些方法中還采用了大量的圖、表和曲線等方式描述“設(shè)備”和“程序”中的內(nèi)容。
3 GJB548的實踐性與科學性
GJB548是大量電子元器件應(yīng)用實踐的經(jīng)驗與現(xiàn)代科學相結(jié)合的產(chǎn)物。GJB548中的方法是對電子元器件在使用過程中大量出現(xiàn)的失效模式進行機理分析，并將這些失效機理對應(yīng)的元器件的材料、結(jié)構(gòu)缺陷和隱患與現(xiàn)代檢測技術(shù)相結(jié)合形成的，所以這些方法針對性很強，有很好的實踐性與科學性。為了便于闡述，下面通過幾個實例說明GJB548的實踐性與科學性。
對密封空腔封裝的微電路應(yīng)用中多次出現(xiàn)的批次性腐蝕開路失效模式，經(jīng)失效機理分析，結(jié)論是由沾污與空腔內(nèi)水汽含量過高引起的化學反應(yīng)，其中水汽含量過高是發(fā)生這種失效的必要條件。所以控制空腔內(nèi)水汽含量是控制腐蝕開路失效模式的有效手段。為了解決這一實踐應(yīng)用的需求，還必須解決空腔內(nèi)水汽含量控制在什么范圍和如何測量器件空腔內(nèi)水汽含量問題。軍用微電路內(nèi)部水汽含量不得大于5×10-3的判據(jù)是要通過理論研究和大量的試驗才能獲得，而測量方法是利用了質(zhì)譜分析等大量現(xiàn)代科學技術(shù)的成果。GJB548方法1018.1
內(nèi)部水汽含量的實踐性與科學性不僅體現(xiàn)在方法的形成過程，而更重要的方面體現(xiàn)在這一方法經(jīng)過大量實踐的驗證。
空間環(huán)境下工作的微電路由于受電離輻射的作用，在總劑量達到某一閾值時，由于電離輻射損傷的積累效應(yīng)使微電路的性能，特別是與漏電有關(guān)的電性能會劣化，導致微電路失效。為了解決微電路在進入空間環(huán)境前確定其適應(yīng)空間環(huán)境的工作能力，GJB548給出了用鈷60γ射線源照射微電路評價微電路在低劑量率環(huán)境下抗電離輻射能力的方法
“1019.2電離輻射（總劑量）試驗程序”。它是將對航天器的輻照環(huán)境的研究成果、輻照核物理現(xiàn)代研究成果與微電路在空間環(huán)境下實際受電離輻射的應(yīng)力及微電路在受電離輻射過程的物理變化等研究成果融合而成的，充分體現(xiàn)了GJB548中方法的實踐性與科學性。
靜電對微電路的損傷曾給工程造成重大損失。定量表述的微電路抗靜電損傷能力是元器件使用和制造部門渴求的可靠性指標。GJB548中“方法3015
靜電放電敏感度的分級”給出了完整的微電路抗靜電損傷能力定量評定方法。方法中給出了人體靜電放電的等效電路，給出了試驗設(shè)備對微電路放電的放電電流時間曲線，給出了對器件外引線具體的放電試驗程序。顯而易見，沒有對靜電損傷機理的全面深入的研究，沒有對大量人體靜電放電規(guī)律的研究是無法給出方法3015中的具體試驗程序和對試驗設(shè)備性能的定量要求的。
從上述的例子可以看出GJB548中的方法是有深厚的應(yīng)用需求背景的，是以大量卓有成效的失效分析為基礎(chǔ)的，并采用了相關(guān)現(xiàn)代科學成果，所以它具備很好的實踐性與科學性。
4 技術(shù)內(nèi)涵豐富
GJB548內(nèi)涵豐富首先表現(xiàn)在它的技術(shù)內(nèi)容十分廣泛。GJB548幾乎涉及到除天文學、醫(yī)學和人文科學以外的所有自然科學領(lǐng)域。方法1005.1穩(wěn)態(tài)壽命的理論依據(jù)是半導體器件物理、表面物理；方法1001低氣壓、方法1014.2
密封方法涉及真空物理的有關(guān)內(nèi)容；方法1018.1 內(nèi)部水汽含量涉及原子物理的基本理論；方法1017 中子輻射、方法1019.2
電離輻射（總劑量）試驗程序是以核輻射物理為基礎(chǔ)的；方法2014內(nèi)部目檢和結(jié)構(gòu)檢查和方法2017.1
內(nèi)部目檢（混合電路）應(yīng)用了物理光學；方法1013.1露點和方法1014.2密封涉及了氣體分子運動論的理論；方法1012熱性能利用了熱力學基本理論；方法2003.1可焊性和方法1006間歇壽命是以冶金學為基礎(chǔ)的；方法2002.1
機械沖擊和方法2007 掃頻振動等的基礎(chǔ)是機械力學；方法1003絕緣電阻及方法3015
靜電放電敏感度的分級涉及大量電學知識；方法1004.1耐濕涉及流體力學的基礎(chǔ)；方法
2035載帶自動焊焊接質(zhì)量的超聲檢測的理論基礎(chǔ)是聲學；方法1009.2鹽霧（鹽汽）和方法1031
薄膜腐蝕試驗的基本理論是無機化學；方法5011聚合材料的評價和驗收程序和方法2015.1耐溶劑性應(yīng)用了有機化學知識；方法5001參數(shù)平均值控制和方法5002參數(shù)分布控制是以統(tǒng)計數(shù)學為基礎(chǔ)等。從
GJB548中還可以獲得諸如鹽霧試驗箱、交變潮熱試驗箱、核質(zhì)譜檢漏儀、X光檢測儀、內(nèi)部氣氛檢測儀、機械沖擊臺、掃頻振動臺、掃描電子顯微鏡、粒子碰撞噪聲檢測等多種儀器設(shè)備的性能。
GJB548的技術(shù)內(nèi)涵豐富還表現(xiàn)在它包含著大量的元器件可靠性實踐經(jīng)驗的結(jié)晶。例如方法2014內(nèi)部目檢和結(jié)構(gòu)檢查；方法2017.1內(nèi)部目檢（混合電路）；方法2032無源元件的目檢給出的目檢項目和接受判據(jù)大都是取自于成功的實踐經(jīng)驗。例如在方法2014內(nèi)部目檢和結(jié)構(gòu)檢查中對拍攝放大的彩色照片的規(guī)定“當有規(guī)定時，應(yīng)拍攝放大的彩色照片或透明膠片來顯示在芯片和基板上形成的元件布局圖和金屬化圖形。照片應(yīng)至少放大80倍，但是如果放大80倍使照片的尺寸大于20cm×25cm，可以減小放大倍數(shù)使照片的尺寸為20cm
×25cm”。又如方法2010.1內(nèi)部目檢（單片）中金屬化層劃傷的檢查要求“S級MOS結(jié)構(gòu)產(chǎn)品金屬空洞使未受破壞的部分小于原來柵氧化層上金屬化層面積的75%；B級MOS結(jié)構(gòu)產(chǎn)品金屬空洞使未受破壞的部分小于原來柵氧化層上金屬化層面積的60%”其中的75%、60%等要求大都是可靠性實踐的結(jié)果，并不來源于嚴格的理論計算。
GJB548的技術(shù)內(nèi)容不僅有物理學和化學的經(jīng)典知識，還含有許多現(xiàn)代科學技術(shù)新成果的應(yīng)用。方法5012
數(shù)字微電路的故障覆蓋率測量，方法1032
封裝引起的軟錯誤試驗程序，方法2031倒裝片拉脫試驗等都反映了大規(guī)模MOS微電路新的測試技術(shù)、新失效機理和新封裝技術(shù)的研究成果。
深入掌握與自己工作相關(guān)的試驗方法的技術(shù)內(nèi)容是十分必要的。只知道“要求什么”、“做什么”和“怎么做”是不夠的，還必須明白“為什么”，才能用GJB548正確地處理在試驗中遇到的各種實際問題。如果我國從事元器件檢測試驗工作的技術(shù)人員和相關(guān)標準化工作者有10%的人能夠回答GJB548中的“要求什么”、“做什么”和
“怎么做”的理論和試驗依據(jù)，那么我國的檢測水平就會躍升一個大臺階。
5 GJB548的發(fā)展
我國的技術(shù)人員在依據(jù)
MIL-STD-883從E版修改GJB548A版的過程中就對MIL-STD-883
E版中的部分缺陷進行了修正。在我們實施航天電子元器件可靠性增長工程的過程中，通過試驗研究也豐富和發(fā)展了元器件的檢測理論和方法。例如對于小腔體器件內(nèi)部水汽含量的檢測方法提出了
“腔體小于0.01cm3的器件，只要封裝時處于高壓氣壓環(huán)境仍可測量；低氣壓環(huán)境封裝的器件即便腔體大于0.01cm
3獲得的數(shù)據(jù)也會偏真實值。是否可檢測的關(guān)鍵是腔體內(nèi)氣體的總含量”這一論點得到了實踐和理論的驗證。關(guān)于小芯片、小間距芯片剪切強度的檢測方法，關(guān)于晶體器件晶振片鍵合強度的檢測方法等，我國的檢測人員提出了包括設(shè)備、程序、判據(jù)等完整的檢測方法，其科學性和可操作性得到了實踐的驗證。隨著我國軍用電子元器件檢測技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)人員素質(zhì)的提高GJB548也會不斷的豐富和發(fā)展。
6 結(jié)論
GJB548是我國當今最完善、最成熟的軍用電子元器件質(zhì)量與可靠性的檢測標準，這是業(yè)內(nèi)人士的共識。隨著電子元器件的發(fā)展、科學技術(shù)的發(fā)展和人們在工作實踐中認識的不斷提高，GJB548也應(yīng)不斷的完善和提高，吐故納新，才能適應(yīng)現(xiàn)代裝備對元器件質(zhì)量與可靠性檢測方法的需求。MIL-STD-883從A版演變?yōu)镋版的發(fā)展歷程表明，MIL-STD-
883也不會停止在E版上。 |
