破坏性试验能力验证研究范文

《电子与封装杂志》2016年第9期

摘要：

能力验证是利用实验室间比对，按照预先制定的准则评价参加者的能力，即利用实验室/机构间结果的比对来判定实验室/机构在制定业务范围内校准、检测或测试的能力。过去很多人认为破坏性试验不能进行能力验证试验。以电子元器件破坏性物理分析试验时进行的破坏性键合强度试验的能力验证方案为例，开展破坏性试验能力验证方法研究，为往后在实验室间进行破坏性试验的能力验证活动提供一定的参考。

关键词：

能力验证；校准；破坏性试验

1引言

实验室认可中，能力验证作为评价实验室技术能力的重要手段日益受到认可机构的重视[1]。根据样品传递方式的不同，能力验证计划主要分为两类：测量比对计划和实验室间检测计划。能力验证作为实验室重要的外部质量保证手段，其与实验室内部控制互相依存、互为补充，共同构成了实验室完整的质量控制体系。能力验证不仅是实验室质量控制不可或缺的重要组成部分，也是增强实验室认可机构、政府监管机构和客户等相关方对实验室信心的重要途径。由于能力验证试验依托“大样本”试验，正常情况下各实验室结果的稳健统计值应逼近真值。据此，可采用有证参考物质作为能力验证计划共同试验样品，有证参考物质（即标准物质/标准样品）是具有正（准）确量值的测量标准，是以物征量值的稳定性、均匀性和正（准）确性为其主要特征的。依据能力验证试验对有证参考物质检测结果的稳健统计值，用以比较验证有证参考物质认定值的符合性[2]。过去很多人错误地认为，破坏性试验不能使用有证参考物质进行能力验证试验，缺乏统一的比对标准，所以不能开展能力验证活动。本文以电子元器件破坏性物理分析（DPA）试验时进行的破坏性键合强度试验的能力验证为例，开展破坏性试验能力验证方法研究。

2破坏性键合强度试验能力验证方法

进行破坏性键合强度试验时，每根键合丝只能进行一次引线键合强度测试，所以无法使用同一个样品进行能力验证试验，因此需选用一致性较好的样品提供给不同试验单位。

2.1样品选择

电子元器件封装形式主要分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装，其中塑料封装集成电路的引线键合强度试验需要去包封树脂而容易引入缺陷，因此仅用作工程观察并且仅作为信息记录，不作为一致性或非一致性的统计。为保证提供给各家实验室的检测样品之间的所有差别降至最小，本次能力验证试验样品从陶瓷封装或金属封装中进行选择。同时，由于金属封装的样品单价高，故本次引线键合强度能力验证试验采用陶瓷封装的样品。另外，键合工艺本身的引线键合强度是通过SPC控制在一定范围内的[3]，故需考虑到键合丝本身的引线键合强度的差异常性带来的偏差，所以采用的样品键合丝数应尽可能多，各实验室引线键合强度数据从n（n应尽可能大）根键合丝引线键合强度的测量数据进行平均后得到。最终试验选择AD574AKD作为样品，见表1。

2.2方案制定

本次能力验证试验采用的样品是同一批次的12位ADC，到货后不对其进行任何筛选处理，立即委托各家实验室进行引线键合强度试验；试验结束后对返回的各样品进行内部目检，检查芯片位置的一致性；每一实验室的测试样品数量均为5只。试验方法按GJB548B-2005方法2011.1引线键合强度（破坏性键合拉力试验）试验条件D———引线拉力（双键合点）进行。为尽可能降低实验室间的变异（包括测量方法间的变动），规定各家实验室按照相同的试验参数和方法进行引线键合强度试验，且引线键合强度/剪切力测试仪需计量检定合格。通过规定引线键合强度试验参数和方法，尽可能降低实验室间的变异（包括测量方法间的变动），但仍存在温湿度、试验人员试验习惯和使用的设备等差异。键合丝编号情况见图1，键合强度试验具体参数要求见表2。验证试验共有7家单位参加（以A~G编号），各单位使用的引线键合强度/剪切力测试仪型号信息见表3。

3数据的处理、统计和分析

3.1数据处理

将返回的样品进行内部目检，芯片位置一致性较好；编号为22#的键合丝键合在陶瓷外壳芯腔底板上（各实验室对其测试的键合强度值均大于键合于芯片的键合丝），为保证引线键合强度试验对象的一致性，本次能力验证试验数据不统计该键合强度值；各实验室在进行引线键合强度试验时均未发现脱键合情况，且键合丝脱离模式主要为内颈缩点断裂（比例统计见表4）；各实验室引线键合强度值的分布直方图见图2，X轴为力值区间，Y轴为引线键合强度试验在该力值区间的测试数量。图2各实验室引线键合强度值的分布直方图由各实验室引线键合强度值的分布直方图可以看出，除B实验室外其余实验室的测试数据均符合正态分布。将各实验室引线键合强度测试数据的平均值进行统计，公式如下：X=ni=1ΣXin（1）n：测试数据总数；Xi：具体测试值，i=1,2,3……n。各实验室引线键合强度试验数据见表4。

3.2数据的统计

涉及引用的统计量[6]见CNAS-GL02：2006《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》。（1）结果数(N)：从一个特定检测中得到的结果总数。

（2）中位值(M)：一组数据的中间值。

（3）高四分位数值(Q3)：如果将能力验证计划的N个结果按由小到大的顺序排列，数据组中有四分之一数据比它大。

（4）低四分位数值(Q1)：如果将能力验证计划的N个结果按由小到大的顺序排列，数据组中有四分之一数据比它小。

（5）四分位间距（IQR）：低四分位数值和高四分位数值的差值，即IQR=Q3-Q1。

（6）标准化四分位数间距(标准化IQR)：表示数据分散程度的量度，类似于标准偏差，标准化IQR=0.7413×IQR，系数0.7413，是从标准正态分布导出。

（7）稳健变异系数(稳健CV)：标准化IQR除以中位值，并用百分比表示。即CV=标准化IQR/中位值(M)×100%。

（8）最大值：一组结果中的最高值。

（9）最小值：一组结果中的最低值。

（10）极差：最大值减去最小值。总体统计量见表5。

3.3数据分析与评价

采用Z比分数来评判各实验室结果，并验证本实验室引线键合强度试验的能力是否准确。Z比分数公式如下：Z=X軍-M标准IQR（2）评价方法：|Z|≤2，为满意结果；2＜|Z|＜3，为有问题结果；|Z|≥3，为不满意结果。各实验室Z比分数如下：A实验室|ZA|=(4.811-4.811)/0.598=0，B实验室|ZB|=(6.159-4.811)/0.598=2.254，C实验室|ZC|=（5.828-4.811）/0.598=1.701，D实验室|ZD|=（5.261-4.811）/0.598=0.752，E实验室|ZE|=（4.746-4.811）/0.598=0.109，F实验室|ZF|=（4.699-4.811）/0.598=0.187，G实验室|ZG|=（4.729-4.811）/0.598=0.137。根据表6可知B实验室的引线键合强度试验结果为有问题结果，其余实验室试验结果为满意结果；返回查看各实验室引线键合强度值数据，B实验室的测试数据不符合正态分布，说明该实验室的试验结果确实存在一定问题。在电子元器件破坏性物理分析（DPA）试验时，通过破坏性键合强度试验的能力验证方案的制定与实施，研究了破坏性试验项目进行能力验证试验的方法。

4结论

破坏性试验项目能力验证的标准值由一轮验证计划所得数据确定，该标准值可用于确定某实验室在本次能力验证计划中检测数据与整体水平的接近程度和重复性。对各实验室的结果采用稳健统计的方法计算其中中位值及标准化四分位距，用Z比分数来评判各实验室结果，可以为往后在实验室间进行破坏性试验的能力验证活动提供一定的参考。

参考文献：

[1]张鹏杰.实验室能力验证结果利用的思考[J].冶金分析，2012，06：171-176.

[2]王海舟，胡洛翡，罗倩华，孔鑫鑫，李小佳.能力验证结果稳健统计值与有证参考物质认定值的符合性比较研究[J].冶金分析，2010，11:1-5.

[3]李孝轩，丁友石，严伟.SPC用于金丝键合质量控制的研究[C].第十二届全国LED产业研讨与学术会议论文集，2010，04.

[4]刘春芝，贺玲，刘笛.键合拉力测试点对键合拉力的影响[J].电子与封装，2008，8（5）：9-11.

[5]黄强，郭大琪，丁荣峥，张国华.双键合点破坏性引线键合拉力试验的测量误差分析[J].电子与封装，2003，3（9）：13-16.

[6]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL02:2006能力验证结果的统计处理和能力评价指南[S].

作者:杨城 谭晨 王伯淳 单位:湖北航天技术研究院计量测试技术研究所