破壞性試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證研究范文

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《電子與封裝雜志》2016年第9期

摘要：

能力驗(yàn)證是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)，按照預(yù)先制定的準(zhǔn)則評(píng)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(duì)來(lái)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(cè)或測(cè)試的能力。過(guò)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。

關(guān)鍵詞：

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(píng)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(cè)量比對(duì)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)室間檢測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)有證參考物質(zhì)檢測(cè)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(guò)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(duì)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(cè)試，所以無(wú)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(cè)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(guò)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(lái)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(cè)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。

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(duì)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)試儀需計(jì)量檢定合格。通過(guò)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(cè)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(hào)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(hào)），各單位使用的引線鍵合強(qiáng)度/剪切力測(cè)試儀型號(hào)信息見表3。

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(hào)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(duì)其測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，公式如下：X=ni=1ΣXin（1）n：測(cè)試數(shù)據(jù)總數(shù)；Xi：具體測(cè)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。

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(píng)價(jià)指南》。（1）結(jié)果數(shù)(N)：從一個(gè)特定檢測(cè)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。

3.3數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

采用Z比分?jǐn)?shù)來(lái)評(píng)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：Z=X軍-M標(biāo)準(zhǔn)IQR（2）評(píng)價(jià)方法：|Z|≤2，為滿意結(jié)果；2＜|Z|＜3，為有問(wèn)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。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(wèn)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(cè)試數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，說(shuō)明該實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果確實(shí)存在一定問(wèn)題。在電子元器件破壞性物理分析（DPA）試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)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(cè)數(shù)據(jù)與整體水平的接近程度和重復(fù)性。對(duì)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(lái)評(píng)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。

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作者:楊城 譚晨 王伯淳 單位:湖北航天技術(shù)研究院計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所