塑封微电路在军用设备中的使用

塑封微电路在军用设备中的使用
1. 应用文件
政府文件:
规范:
  MIL-H-38534:混合微电路的一般规范(为MIL-PRF-38534所取代)
  MIL-PRF-38534:混合微电路的一般规范(取代的MIL-PRF-38534
  MIL-PRF-38535:集成电路(微电路)制造的一般规范(取代的
MIL-I-38535
  MIL-I-46058:绝缘混合物,电气(涂复的印制电路组件用)
标准:
  MIL-STD-1835:微电路外壳外形的接口标准
  MIL-STD-883:微电子器件的试验方法与程序
其它出版物:
  MIL-HDBK-103:标准微电路制图目录的手册
  MIL-HDBK-179:微电路采办手册
  QML-38534:按“军用规范MIL-H-38534定制混合微电路一般要求”鉴定合格的定制混合微电路合格厂家目录
  QML-38534:按“军用规范MIL-H-38535微电路制造的一般要求”鉴定合格的先进微电路合格厂家目录
非政府文件:
标准:
联合标准:
ANSI/EIA/IPC/J-STD-001:焊接的电气与电子组件的要求
  汽车电子协会:
CDF-AEC-Q100:汽车定级集成电路的应力试验鉴定
CDF-AEC-Q101:汽车定级分立半导体的应力试验鉴定
CDF-AEC-Q200:汽车定级无源元件的应力试验鉴定
  电子工业协会:
EIA JESD-22封装的器件的可靠性试验方法
EIA JESD-22-A101JESD-22试验方法A101,稳态温湿偏压寿命试验
EIA JESD-22-A102JESD-22试验方法A102,加速耐潮性无偏压高压
锅试验
EIA JESD-22-A104JESD-22试验方法A104,温度循环试验
EIA JESD-22-A108JESD-22试验方法A108,偏压寿命试验
EIA JESD-22-A110JESD-22试验方法A110,高加速温湿应力试验
HAST
EIA JESD-22-A112JESD-22试验方法A112,塑封表面安装器件的潮气
引起的应力敏感度
EIA JESD-30:半导体器件封装的描述性名称体系
EIA JEP-95:固态与相关产品的注册与标准外形
  互连封装电路:
ANSI/IPC-D-275:刚性印制板和刚性印制板组件的设计标准
ANSI/IPC-D-700:推荐的印制板和组件的改进、再加工和修理导则
ANSI/IPC-SM-786:推荐的潮气敏感的塑料IC封装的搬运程序
IPC-CC-830:印制板组件的电绝缘混合物的鉴定与性能
  2.背景
由于导弹用备件的工作速率高和贮存时间长和系统所需的MTBF高,目标截
获的相阵跟踪(PATRIOT)系统曾在没有塑封微电路的条件下开始研制。但后来,增长规划和采办流水线规划要求重新考虑塑封微电路的使用。目前的低工作速率已经使塑封微电路应用于地面设备中,但还未用于导弹中,因为其休眠时间长和工作小时少。目前,PATRIOT系统被部署在从湿热到冷潮的环境范围内。
由于PATRIOT系统用外部空气来冷却设备,塑封微电路能“呼吸”和气密封
装微电路则不能“呼吸”的事实成为工作和贮存环境中令人担心的问题,特别是由于正常、干包装和氮贮存的塑封微电路以及组件上保形涂复的塑封微电路的贮存数据缺乏,更令人担心。由于我们进入了21世纪,性能要求而不是技术数据包(TDP)将确定最终产品时,因此,人们预见塑封微电路的使用会越来越多。
3. 塑封微电路的问题
1)尺寸
对于相同款式的封装来说,塑封微电路与气密封装微电路大体相同。不过,一些塑封微电路适合诸如小外形封装、缩小外形封装和薄小外形封装之类的较小足迹封装。至于外壳外形,可参见MIL-STD-1835EIA JEP-95EIA JESD-30。较小足迹的塑封微电路的使用,使较高的器件封装密度能在印制布线板上实现,并能导致信号轨迹长度缩短,从而减小了扩展延迟和有助于缓和长轨迹上的高沿速率信号。
2 重量:
塑封微电路的重量一般等于同款式气密封装微电路的一半。例如,14引脚塑料双列直插式封装(PDIP)约重1g,而14引脚陶瓷双列直插式封装(CERDIP)却约重2g。若给定的器件是塑封微电路或气密封装微电路,振动与冲击分析和试验必须根据各封装种类来进行。
3)费用:
低复杂度塑封微电路(例如,缓冲器、驱动器、计算器等)的费用约等于商用气密封装微电路的一半,约等于军用气密封装微电路的四分之一。高复杂度塑封微电路(例如,微处
理器、数字信号、门阵列等)的费用约等于商用气密封装微电路的四分之一,约等于军用气密封装微电路的八分之一。但是,特殊环境和电测试要求、贮存、热设计、组装后检验的附加费用、降低的工作与贮存可靠性对备件采购的影响以及塑封微电路因较短寿命周期造成的废除影响会抵消掉塑封微电路被预期的节省费用,而且,其寿命周期费用会比气密封装微电路的高。
4) 可用性网页聊天
与气密封装微电路相比,塑封微电路较适合不同的封装和功能,其引线较短。不过,由于塑封微电路的寿命周期较短,其寿命周期通常要为较复杂的器件压缩,因为销售商要跟上技术发展趋势和满足客户的需求。
5)性能
销售商和政府文件中所述的微电路的性能是基于给定工作环境条件的,环境条件规定为外壳温度(TC)和/或环境温度范围(TA),特别是对于塑封微电路来说,还可包括不同温度下的最大相对湿度(RH)等级。超过其规定的工作温度范围的器件性能是可以接受的,
尽管有可能劣化,但销售商不给以担保。贮存温度也必须加以说明,以保证器件不会受到损伤。
典型的军用TA工作范围是-45.6490C-32490CTA贮存范围是-45.6710C-33710C。如微电路那样的分立器件通常有低温要求,以便低温贮存,例如,-45.6-320C。它们也有足以超过工作温度但不低于贮存温度的高温要求,例如710C,再加上TATC温度之差,以计算出元件、组件的工作发热量以及和热转移媒介。标准军用气密封装微电路的TA范围是-551250C。一些非典型的气密封装微电路的TA范围是可达45.6无线视频服务器850C, -45.6710C -40850C-33710CMIL-PRF-38535MIL-STD-883中的气密封装微电路的TA范围是-551250C。标准工业用微电路的TA范围是-40850C,而汽车用微电路光电限位开关1级为-401250C2级为-401050C3级为-40850C
6)冲击与振动的容限
与气密封装微电路相比,塑封微电路在机械上更坚固,冲击与振动的容限更大,因为塑封微电路的芯片和键合引线在封装中不会移动。
7) 释气
NASA的一份研究报告称,曾对来自12个不同制造商的、采用不同封装的21块塑封微电路进行过评价,试验结果表明,塑封微电路的释气低于1%总质量损耗,低于NASA航天飞行用0.1 %收集的挥发性冷凝物要求。该项研究未评价长期贮存的影响,指出诸如模制化合物潮气含量和贮存条件之类的参数的影响应把释气数据联系起来研究,以论证航天用塑封微电路的可用性。该研究报告还建议把塑封微电路应用于军用设备中。
8)热阻
标准气密封装微电路的基本结-外壳热阻(θJC)可在MIL-STD-1835中到,非标准封装的结-环境热阻(θJC)必须用器件文件来作出规定。即使封装款式是已知的,也必须经常检查器件文件,因为要用的器件和封装的θJC不同于MIL-STD-1835中所列的基本θJC 。对于相同款式的封装来说,塑封微电路的热阻大于气密封装微电路的热阻。例如,16引脚CERDIPθJC=280C/W16引脚PDIPθJC=370C/W,相差32% 。给定器件在给定功耗条件下热阻的增大将提高芯片结温度(TJ)。TJ的小增量会导致MTBF的较小增量。而高功耗器件的TJ的大增量会导致MTBF较大增量。
9)可靠性
来自多个销售商的、具有不同功能和不同款式的塑封微电路的长期工作与贮存可靠性还未获得。19947月,罗姆试验室和AMCOM曾实施“5年塑封微电路长期贮存规划”,但只包括300个互补CMOS普通型CD4011器件,5个供货商中各取114引脚PDIP。塑封微电路的长期贮存可靠性是通过贮存、运输和parylene涂复来获取的,其长期工作可靠性则通过parylene涂复和装入主要最终产品中并使之发挥功能来获取的。
10)贮存
对于生产、修理和备件使用来说,塑封微电路必须经过去水焙烤(一般在1250C温度下焙烤屋面玻纤瓦24小时),以保证总吸潮等级小于总封装重量的0.05%,并对它们进行干袋包装或氮气贮存。总吸潮等级小于总封装重量的0.11%是推荐的最大极限(参见ANSI/IPC-SM-786)。
11)组装和修理
对于组装和修理来说,应使用诸如ANSI/EIA/IPC/J-STD-001之类的PWB组装标准和ANSI/IPC-R-700纸浆模具之类的PWB修理标准。要作为表面安装器件引线焊接的非表面安装器件
的成形引线要在理由非常充分的条件下才能用于军用设备的组装和修理。这种安装技术所需的非标准引线成形会在两个器件的引线至器件体的接口上引发无需的应力,并且成为气密封装微电路与塑封微电路潜在的焊接失效、引线失效与体失效的原因。
应为塑封微电路控制干燥包装和氮气贮存到组装的时间。按ANSI/IPC-SM-786所作的塑封微电路潮气引起的应力敏感度分类等级于表1中显示。EIA JESD-22-A112也可用作指南。典型的塑封微电路应定额为4级器件,若塑封微电路的潮气敏感度等级是未知的,必须假定它为6级。
高压配电盒塑封微电路的潮气敏感度等级
等级
地板存放寿命(从袋子取出后)
1
在≤300C/90%RH条件下无时间限制
2
在≤300C/60%RH条件下1
3
在≤300C/60%RH条件下1星期
4
在≤300C/60%RH条件下72小时
5
在≤300C/60%RH条件下24~71小时
6
在≤300C/60%RH条件下6小时
应控制焊接预热梯升时间,因为塑封微电路中聚集的潮气的快速汽化会导致各种材料界面的分层和封装变形,即“半球形隆起”或“爆玉米花”。分层是可靠性问题,因为器件组装后必须满足性能要求,但诸如焊剂和清洁剂之类的沾污物能通过裂纹或空穴进入封装内,会导致潜在的腐蚀引起的失效。材料界面上的分层会影响封装内的热通路,导致芯片温度上升,从而降低器件的可靠性。高温焊接的温度范围一般为230~2600C或甚至达到3000C,焊接的最高温度取决于所用的封装和芯片,从260~3000C所经历的时间为1060秒。因此典型的焊接作业应把温度限制到2600C,时限为10秒,以保证对高温最敏感的器件不受到损伤。
组装之后,应对塑封微电路实施质量符合性检验,包括非破坏性检验,例如,X射线或CSAM检验,以检测裂纹、空穴和分层,还要进行电测试,以保证所有性能要求都能得到满足。即使组件通过了所有质量符合性检验,还有可能出现潜在的腐蚀和分层失效。因此,去水焙烤和保形涂复之后,一些测试应保留,一些测试应重复进行。每次组装时,若需要在温度极值下测试,质量保证与设计人员则应决定最有利的组装和测试流程。

本文发布于:2024-09-23 11:19:42,感谢您对本站的认可!

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标签:微电路   塑封   封装   器件
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