【摘要】本文描述了311-inst-001指令,修訂本a，塑封微電路章節中所述的塑封微電路產品保證體系的低成本替代體系。它適用於在極限時間和預算約束條件下實施的專案中和樂於在元器件規劃活動中接受較高等級風險的專案中。
1．背景
商用以及航天和軍用元件製造商在其產品的質量與可靠性問題上採用了不同的理念，這些理念可描述為「正確製造產品」和「按規則製造加正確測試產品」
的方法。多數塑封微電路製造商都依靠內建可靠性設計和徹底的過程控制，把其產品的質量與可靠性試驗與驗證留給終端使用者去做。為此，在高可靠系統中使用塑封微電路總是有風險，塑封微電路的鑑定與試驗的目的就是針對在專用條件下已知的失效機理來減小這些風險。
正如哥達德空間飛行中心311-塑封微電路指令中描述的那樣，空間專案用全面質量保證體系是消耗時間和資源最多的體系。現有的塑封微電路質量保證體系要求對元器件實施全面電測試和應力試驗，它包括若干元素，其中最重要的3個元素是篩選、環境應力試驗（或鑑定）和破壞性物理分析（dpa）。篩選的主要元素是電測試和老練（bi）。
環境應力試驗（est）的主要元素是多次溫度迴圈、輻射試驗、高溫工作壽命試驗（htol）和在潮濕環境下的高加速應力試驗（hast）。圖1概述按311-塑封微電路指令進行cots器件鑑定與篩選中實施的關鍵程式。
圖1 塑封微電路傳統鑑定體系的簡化試驗流程
傳統質量保證體系中費用和時間消耗最多的程式是電測試、老練和htol試驗。對於諸如微處理器、儲存器、高速/高解析度a/d與d/a變換器、asic等之類的複雜微電路來說，這些種類的試驗花錢特別多。這些程式的費用包括自動測試裝置（ate）的測試程式的編制、高技術插座、老練和htol試驗板的設計與製造以及實施的測量等，一批器件的試驗與測試費用為2萬到20萬美元不等，甚至更高。
替代的低費用策略的前提是取代個別器件的電測試與應力試驗。很明顯，這樣的取代不能提供類似於傳統鑑定體系的器件質量與可靠性的置信度，目的只是在專案特定條件下減小器件應用的風險。
一般來說，電路板測試被實施用來評價帶有被焊接到印製電路板（pcb）上元件的元件的質量與可靠性。雖然目前的研究已論證了元件缺陷的等級超過0.1%，但pcb焊點與金屬化互連的評價不屬於本文的範圍，目的是要把電路板級測試併入到塑封微電路的鑑定體系中去。
在接受商用器件費用實在的風險減小策略時，下列不同意見應得到考慮與評估：
1） 電子工業界一般假定系統整合與使用過程（元件----電路板-----系統-----
現場）中任何階段找到的故障所花的費用是其前一階段的10倍。考慮到空間用系統昂貴的試驗與篩選，整合過程的最後階段或任務執行期間的費用增長率會比10倍高得多。全面測試費用應根據系統整合和任務執行期間可能失效費用進行權衡。
2）具有大量功能測試向量的複雜ic的全面電測試只能由製造商或專業化試驗室去實施，1個樣品可能需要許多小時的測試，有缺陷器件的逃逸概率會較高。象iddq測試那樣的專用測試方法的使用，會有助於降低有缺陷器件逃逸篩選的概率。
3) 現有的研究已顯示，對於優質批的塑封微電路來說，附加的篩選不會給器件的質量與可靠性增值。此外，由於測試期間不當的搬運和可能的esd/eos過應力的影響，有可能對器件造成損傷。在這種情況下，就必須制定風險減小策略，這種策略把重點放在器件批的全面鑑定上，並把器件可接受篩選等級降到最低。
本體系應有效使用質量保證體系的其它元素，包括破壞性物理分析、專用設計評價、器件歷史分析。
這些試驗、檢驗與分析連同製造商資訊與器件應用歷史都可提供質量與可靠性相關的有價值的資訊，這樣就能明顯減小未全面篩選的器件應用的風險。
應注意，對於在所有情況下都適用的商用塑封微電路來說，沒有普遍接受的可靠性評價體系。為此，應按專案的特定要求和創造性地使用311-塑封微電路指令的元素來建立塑封微電路的鑑定體系。應由元器件和系統或設計工程師聯合促成基於電路板級測試的質量保證體系，同時還應考慮到元器件、pcb的複雜度和財政限制。
應在對儀器制訂計畫和進行設計的專案最早階段作出使用電路板級測試的決策，以篩選和鑑定塑封微電路。
2．電路板級測試
為了有效地使用電路板級測試來評價元器件，電路板的電路設計應符合下列要求和建議：
1）電路和應用電路板應為測試而設計，完善地使用pc為基的系統。邊界掃瞄測試給出了「可測試性設計」技術的例項，這樣就能用串聯訊號緩衝器從電路板邊緣去接近內部元器件。pc為基的系統程式和相關測試程式應由系統或設計工程師來制訂，這些工程師完全了解電路板功能和可能的故障模式。
3）建議電測試之後對電路板塗覆保形塗層，以便於在失效情況下更換元器件。
4）當經濟和技術上可行時，應製造備用電路板，以便為環境應力試驗鑑定實施破壞性試驗。
當有關器件的可測試性設計所需等級難於實現應用電路板的使用時，應研製專用評價電路板。該評價電路板應體現應用電路板的簡化型式，它研製用來方便有關器件的測試。
當評價電路板具有安裝有關元器件的插座時，該電路板的使用就使功能測試批的各個器件的篩選成為可能，這樣就能在產品批的質量上提供更高的置信度。評價電路板的設計應與使用標準介面的pc為基的系統所用的測試軟體取得一致。評價電路板應在完全控制的條件下製造，以避免互連相關失效和焊接不良。
如果有可能的話，標準評價電路板和相關軟體應從塑封微電路製造商那裡採購。具有介面卡和/或插座的評價電路板上的部件更換，不應影響到該電路板用於產品批中所有部件的篩選和測試。
2.1 用於塑封微電路鑑定的電路板級測試
電路板級測試只是塑封微電路鑑定體系的一部分。為了獲得器件質量與可靠性的最大置信度，應使用鑑定體系的各種元素：特別是非破壞性檢驗、破壞性物理分析（dpa）和評價。
這些元素以及製造商資訊相對便宜，而且是快速程式，它們可補償可靠性試驗資料不足的延續，部分減小空間專案中塑封微電路應用的風險。
塑封微電路鑑定體系的例項於圖2顯示。此處介紹了傳統鑑定體系的全部3個主要元素。不過，篩選只侷限於非破壞性檢驗、電路板級老練和功能測試。
環境應力試驗（est）應在非飛行用電路板上實施，這些試驗全部基於電路板級測試能力。破壞性物理分析（dpa）應全面實施，特殊設計評價應補充用來解決溫度迴圈、潮氣和回流焊條件造成的塑封微電路降額相關的問題。
圖2塑封微電路鑑定體系的例項
下列意見解釋了相關程式的目的，可參見描述試驗/分析條件與要求的檔案。
1） dpa應按311-塑封微電路的第5節實施。
除了5個dpa樣品以外，至少應提交5個樣品用於焊接、潮氣和溫度迴圈效應評價。這5個樣品要經受外部目檢、csam檢驗，並按311-塑封微電路的第4節第1~5步來預調（潮氣弄濕+回流焊模擬）。預調之後，樣品將經受100 次－55～150℃的溫度迴圈，然後在潮濕條件下接受應力試驗（hast試驗，130℃，85%rh，96h）。
經受這些環境應力試驗之後，所有器件都應在聲學顯微鏡下接受檢驗（csam檢驗），還要按311-塑封微電路指令進行評價分析。
2） 應按311-塑封微電路的第3節第1~4步在所有樣品上實施非破壞性檢驗，作為篩選程式的組成部分。
3） 塑封微電路搬運與貯存的要求在311-塑封微電路指令第8節的塑封微電路附錄中得到描述。
4） 必須制訂含電路板的塑封微電路搬運與貯存的詳細要求。一般要求是：應避免潮氣和沾汙，把電路板貯存在乾燥的受控條件下。
5） 老練溫度應比電路板的最高安全工作溫度低10℃。施加的電壓應與最大工作條件相對應，試驗時限應最少為48h。老練之前，電路板應在室溫下接受測試。
但老練之後，電路板也應在最高和最低溫度下接受測試。
6） 使用電路板測試的塑封微電路環境應力試驗應看作是破壞性的，應在非飛行用電路板上實施。典型的試驗流程包括溫度迴圈（－40～100℃，最少50次迴圈），功率迴圈（最少20次）和高溫工作壽命試驗（最少168h，85℃或電路板的額定最高工作溫度，不管哪個較小）。器件的輻射堅固性可根據專案要求在輻射條件下暴露之前或之後實施驗證。
在輻射測試期間，鉛板可用來保護電路板上的元件。
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