摘要

　　今天讓我們進(jìn)行一場(chǎng)技術(shù)問(wèn)答比賽。準(zhǔn)備好了嗎？

　　你能在15秒內(nèi)列舉出關(guān)鍵大運(yùn)算量系統(tǒng)（如飛行電子、宇航和國(guó)防系統(tǒng)）的最關(guān)鍵的需求嗎？

　　你的回答是否包括這些答案：長(zhǎng)壽命，可性性，滿足嚴(yán)苛環(huán)境的要求，擴(kuò)展的生命周期。。。。。。？

　　這是一個(gè)好的開(kāi)始！

　　在超過(guò)35年里，Teledyne e2v-直成功地為世界上的飛行電子、宇航和國(guó)防的客戶（包括空客、波 音、NASA， ESA等）提供代又一代的高可靠性微處理器。

　　在這篇文章里，我們首先會(huì)列出宇航和國(guó)防戶最關(guān)鍵的需求，然后詳細(xì)闡述Teledyne e2v的微處理器是如何完美地滿足這些高可性的需求，接著深入介紹這些高可靠性微處理器的質(zhì)量認(rèn)證。

　　計(jì)算密集型的飛行電子、宇航和國(guó)防市場(chǎng)的需求

　　擴(kuò)展溫度范圍的電氣產(chǎn)品和機(jī)械產(chǎn)品的完整性

　　與我們生活中常見(jiàn)的產(chǎn)品如汽車和手機(jī)不同，飛行電子、宇航和國(guó)防系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為能工作在更極端的條件 下。

　　很容易理解，擴(kuò)展的溫度范圍是首要的要求。

　　在10000米/35000英尺高度巡航的飛機(jī)和在地球陰影下的衛(wèi)星都暴露在遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)的溫度中。雖然電子系統(tǒng)被很好地保護(hù)，他們?cè)谶@種超低溫的條件下的行為必須能夠被很好的預(yù)測(cè)。

　　另一方面，系統(tǒng)必須能在由目標(biāo)應(yīng)用特點(diǎn)決定的極熱的條件下正常工作：其原因可能是受限的環(huán)境（比如板子的布局）、可靠性要求無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)或確保系統(tǒng)在最壞條件下依然能工作。

　　這種需求會(huì)影響電子器件的設(shè)計(jì)，從而兼容寬溫度范圍，如-55“C到125”C （有時(shí)叫做軍級(jí)），如圖1所示。

　　圖1：飛行電子、宇航和國(guó)防的溫度需求vs工業(yè)級(jí)

　　焊球

　　焊球也是航空、航天和國(guó)防客戶的關(guān)鍵議題。在集成電路的封裝中，焊球是器件底部的接觸網(wǎng)絡(luò)，用于焊接在印制電路板（PCB）上。

　　系統(tǒng)制造商多年來(lái)一直使用鍋鉛球（也叫作Sn-Pb），對(duì)此有豐富的經(jīng)驗(yàn)。一直以來(lái)，錫鉛被認(rèn)為可以減弱錫須的形成，雖然其具體的機(jī)制一直無(wú)法知曉。為了與其他不含鉛的焊球區(qū)分，這些含鉛的焊球被標(biāo)注為Tin-Lead 或SnPb.

　　關(guān)于限制使用某些有害成分的指令（RoHS）限制在大多數(shù)消費(fèi)類產(chǎn)品中使用鉛，催生了錫銀銅焊接工藝的應(yīng)用，這種工藝也叫作無(wú)鉛或RoHS。多年來(lái)，電子元器件包括微處理器的制造商一直在同時(shí)推廣含鉛（Sn-Pb）和無(wú)鉛（RoHS）的選項(xiàng)，但最近十年來(lái)，只推廣RoHS選項(xiàng)成了一種趨勢(shì)。

　　由于無(wú)鉛產(chǎn)品的特性尚未被完全探明，在關(guān)鍵的領(lǐng)域比如航空、航天和國(guó)防的應(yīng)用中，依然不流行使用無(wú)鉛產(chǎn)品。由于客戶需熟悉無(wú)鉛的工藝，從含鉛到無(wú)鉛的轉(zhuǎn)換也會(huì)增加產(chǎn)品周期。

　　圖2：焊球

　　今天，在歐洲無(wú)鉛的普及率比美國(guó)和亞太區(qū)高，但是距離100%還很遙遠(yuǎn)。在歐洲的飛行電子和國(guó)防系統(tǒng)中， 無(wú)鉛的使用率也沒(méi)到100%。

　　在美國(guó)和亞洲的飛行電子和國(guó)防系統(tǒng)中，無(wú)鉛器件的普及率要低得多。

　　因此，繼續(xù)生產(chǎn)和測(cè)試含鉛焊球的器件，依然有很大的 市場(chǎng)需求。

　　長(zhǎng)壽命

　　長(zhǎng)壽命也是飛行電子、宇航和國(guó)防系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)， 或者是一個(gè)負(fù)擔(dān)，或者兩者兼有。

　　為什么？原因如下。

　　在飛行電子領(lǐng)域，金融投資對(duì)于制造關(guān)鍵安全性的系統(tǒng)非常重要。制造、驗(yàn)證并使系統(tǒng)通過(guò)航空局的認(rèn)證耗時(shí)很長(zhǎng)（5到10年）。因此，一旦系統(tǒng)經(jīng)過(guò)認(rèn)證，飛行電子制造商希望盡可能不進(jìn)行任何改動(dòng)地重用這個(gè)系統(tǒng)。

　　這意味著對(duì)電子元器件的采購(gòu)而言，需在數(shù)十年內(nèi)能采購(gòu)到這些器件，以確保能夠持續(xù)制造相同的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的系統(tǒng)，而不進(jìn)行任何改動(dòng)。你會(huì)發(fā)現(xiàn)某些飛機(jī)已經(jīng)很老了，但是依然滿足安全性的要求。

　　TEL EDYNE E2V高可靠性微處理器質(zhì)量認(rèn)證

　　Teledyne e2v已經(jīng)生產(chǎn)高可靠性微處理器超過(guò)35年的時(shí)間，其關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)如下：

　　●擴(kuò)展溫度范圍： -55 到125‘C

　　●提供無(wú)鉛（RoHS）和含鉛（SnPb）封裝產(chǎn)品的質(zhì)量保證

• 長(zhǎng)期供貨（超過(guò)15年）。

　　●Teledyne e2v的產(chǎn)品支持延長(zhǎng)的高可靠性質(zhì)保

　　●支持AS/EN/ JIS Q 9100 （格里諾布爾，法國(guó)）的航空認(rèn)證

　　Teledyne e2v的可性產(chǎn)品的質(zhì)量保證包含四個(gè)主要的步驟。

　　讓我們仔細(xì)看一下這些步驟。

　　一旦Teledyne e2v決定將一款新產(chǎn)品加入高可靠性微處理器的系列中，它將遵循下面的步驟評(píng)估和認(rèn)證這一產(chǎn)品。

　　1.產(chǎn)品轉(zhuǎn)移

　　第一步的關(guān)健是保證可以擴(kuò)展商用微處理器的溫度范圍。 最重要的是，獲得制造商的原始測(cè)試程序并使用相同的測(cè)試設(shè)備。這使得Teledyne e2v能保證在高可靠性的溫度范圍（-55/125C）內(nèi)正常工作。并和原始制造商有相網(wǎng)的測(cè)試范圍和測(cè)試質(zhì)量。

　　Teledyne e2v一直持續(xù)投資其測(cè)試設(shè)備以保證新舊NXP 微處理器的高可靠性。圖3表示多年來(lái)Teledyne o2v獲取和使用的不同的測(cè)試設(shè)備，以保證長(zhǎng)期供貨并引入新的處 理技術(shù)。圖中在測(cè)試設(shè)備的附近還標(biāo)注了相關(guān)的處理器系列。

　　2.特性描述

　　這個(gè)步驟的目標(biāo)是確定關(guān)鍵參數(shù)（CPU頻率，電壓， 功耗，SERDES和PLL等）在擴(kuò)展溫度范圍-55到125’C是怎樣的值。

• 　　在125C時(shí)器件的功耗是多少？
• 　　在105C以上或-55C時(shí)PLL會(huì)鎖定嗎？
• 　　在125C時(shí)器件能跑到最大的頻率嗎？

　　特性描述的步驟可回答這些問(wèn)題。所有在擴(kuò)展環(huán)境中的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)都會(huì)放在提供給用戶的數(shù)手冊(cè)中。

　　同時(shí)，特性描述實(shí)際上使得Teledyne e2v可保證長(zhǎng)期的供貨，即使時(shí)間推移。工藝調(diào)整也能穩(wěn)定制造產(chǎn)品和出貨。

　　圖4表明擴(kuò)展溫度范圍（105‘C到125’C）如何影響功耗。這些特性描述步驟得到的值會(huì)反映在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手 冊(cè)中。

　　圖4：功耗v溫度

　　另一方面，下圖表明在擴(kuò)展溫度范圍里CPU頻率隨電源 電壓的變化。上面的曲線表明Vmin跨越了Vid最大值的 最小規(guī)格，因此無(wú)法保證在擴(kuò)展溫度范圍可實(shí)現(xiàn)1.8GH的頓率。因此，Teledyne e2v會(huì)按照1.6GHz的規(guī)格生 產(chǎn)，因?yàn)檫@個(gè)頻率能滿足擴(kuò)展溫度范圍的要求。

　　圖5： CPU頻率vs電源電壓

　　3.去球/重植球

　　在這個(gè)階段。Teletyne e2v復(fù)制產(chǎn)品的配置。

• 　　第一種是原始的配置，即無(wú)始（RoHS）焊球
• 　? ? 第二種是含鉛（SnPb）焊球

　　這一流程可簡(jiǎn)單描述為移除焊球，然后使用另一-種金屬/ 合金植球。但是，實(shí)際上這非常的復(fù)雜，帶給客戶的價(jià)值也非常大。首先，某些處理器可能包含接近2000個(gè)焊球， 更重要的是，Teledyne e2v完全保證去球和重植球后件的機(jī)械和電氣電完整性。

　　客戶如果自己去球/重植球，會(huì)丟失原始制造商的產(chǎn)品質(zhì)保。

　　我們?cè)谶M(jìn)行下面的實(shí)例分析之后，再來(lái)看這一點(diǎn)。

　　4.質(zhì)量保證

　　這個(gè)步驟是通過(guò)加速老化的實(shí)驗(yàn)，確保產(chǎn)品全生命周期的可靠性。

　　圖6表明Teledynee2v遵循的所有關(guān)于高可靠性微處理器的質(zhì)量流程。完整的產(chǎn)品質(zhì)量流程一般會(huì)持續(xù)4到6個(gè) 月。一共有7個(gè)連續(xù)的步驟，包含4個(gè)主要的活動(dòng)：

• 　　聲學(xué)顯微鏡用于TO時(shí)檢查器件的組裝：它也被用于其他質(zhì)量步驟之后以檢查器件的完整性。
• 　　MSL（濕度敏感度等級(jí)測(cè)試），實(shí)際上是模擬三種器件的回流焊。
• 　　在-55℃、25℃和125℃下的電氣參數(shù)測(cè)試，以確保器件的性能，并確定器件老化時(shí)性能將如何變化?？煽啃詼y(cè)試，包含濕度測(cè)試和溫度循環(huán)，也為了監(jiān)控器件老化時(shí)的行為。

　　通常，廠家會(huì)對(duì)所有的產(chǎn)品選項(xiàng)做產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)試，包括無(wú) 鉛版本和有鉛版本（去球并重植球） 。

　　圖6： Teledyne e2v質(zhì)量流

　　如果產(chǎn)品通過(guò)了Teledyne e2v所有的質(zhì)量和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，它就可被視作質(zhì)量合格。

　　實(shí)例分析=去球/重植球質(zhì)量流程

　　讓我們重點(diǎn)看一下聲學(xué)顯微鏡檢查的重要性。假設(shè)一款微處理器器件經(jīng)過(guò)去球/重植球的操作之后變成了含鉛（SnPb）的器件。

　　在產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)試的第一步，將對(duì)重新植球的含鉛器件進(jìn)行聲學(xué)顯微鏡檢查。

　　圖7表明同一款微處理器產(chǎn)品。其中一片經(jīng)過(guò)去球/重植 球流程（選項(xiàng)A），而另一片經(jīng)過(guò)不同的去球/重植球流程（選項(xiàng)B）。

　　圖7：去球/重植球后的封裝組裝完整性檢查

　　一旦Teledyne e2v的質(zhì)量測(cè)試開(kāi)始，將對(duì)產(chǎn)品A和產(chǎn)品B 分別做聲學(xué)顯微鏡檢查。

• 　　送項(xiàng)A：聲學(xué)顯微鏡表明產(chǎn)品在去球/重植球的過(guò)程中損壞。缺少了一-部分熱較，- -些聚合物球分層。
• 　　選項(xiàng)B：結(jié)果良好。

　　結(jié)論：

　　- Teledyne e2v 會(huì)進(jìn)行流程B。

　　- 由于流程A不滿足Teledyne e2v的產(chǎn)品完整性要求，因此不會(huì)被使用。