摘要

　　今天讓我們進行一場技術問答比賽。準備好了嗎？

　　你能在15秒內列舉出關鍵大運算量系統（如飛行電子、宇航和國防系統）的最關鍵的需求嗎？

　　你的回答是否包括這些答案：長壽命，可性性，滿足嚴苛環境的要求，擴展的生命周期。。。。。。？

　　這是一個好的開始！

　　在超過35年里，Teledyne e2v-直成功地為世界上的飛行電子、宇航和國防的客戶（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，我們首先會列出宇航和國防戶最關鍵的需求，然后詳細闡述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量認證。

　　計算密集型的飛行電子、宇航和國防市場的需求

　　擴展溫度范圍的電氣產品和機械產品的完整性

　　與我們生活中常見的產品如汽車和手機不同，飛行電子、宇航和國防系統被設計為能工作在更極端的條件 下。

　　很容易理解，擴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和在地球陰影下的衛星都暴露在遠低于冰點的溫度中。雖然電子系統被很好地保護，他們在這種超低溫的條件下的行為必須能夠被很好的預測。

　　另一方面，系統必須能在由目標應用特點決定的極熱的條件下正常工作：其原因可能是受限的環境（比如板子的布局）、可靠性要求無風扇設計或確保系統在最壞條件下依然能工作。

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

　　圖1：飛行電子、宇航和國防的溫度需求vs工業級

　　焊球

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

　　系統制造商多年來一直使用鍋鉛球（也叫作Sn-Pb），對此有豐富的經驗。一直以來，錫鉛被認為可以減弱錫須的形成，雖然其具體的機制一直無法知曉。為了與其他不含鉛的焊球區分，這些含鉛的焊球被標注為Tin-Lead 或SnPb.

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

　　由于無鉛產品的特性尚未被完全探明，在關鍵的領域比如航空、航天和國防的應用中，依然不流行使用無鉛產品。由于客戶需熟悉無鉛的工藝，從含鉛到無鉛的轉換也會增加產品周期。

　　圖2：焊球

　　今天，在歐洲無鉛的普及率比美國和亞太區高，但是距離100%還很遙遠。在歐洲的飛行電子和國防系統中， 無鉛的使用率也沒到100%。

　　在美國和亞洲的飛行電子和國防系統中，無鉛器件的普及率要低得多。

　　因此，繼續生產和測試含鉛焊球的器件，依然有很大的 市場需求。

　　長壽命

　　長壽命也是飛行電子、宇航和國防系統的一個關鍵點， 或者是一個負擔，或者兩者兼有。

　　為什么？原因如下。

　　在飛行電子領域，金融投資對于制造關鍵安全性的系統非常重要。制造、驗證并使系統通過航空局的認證耗時很長（5到10年）。因此，一旦系統經過認證，飛行電子制造商希望盡可能不進行任何改動地重用這個系統。

　　這意味著對電子元器件的采購而言，需在數十年內能采購到這些器件，以確保能夠持續制造相同的經過驗證的系統，而不進行任何改動。你會發現某些飛機已經很老了，但是依然滿足安全性的要求。

　　TEL EDYNE E2V高可靠性微處理器質量認證

　　Teledyne e2v已經生產高可靠性微處理器超過35年的時間，其關鍵的優點如下：

　　●擴展溫度范圍： -55 到125‘C

　　●提供無鉛（RoHS）和含鉛（SnPb）封裝產品的質量保證

• 長期供貨（超過15年）。

　　●Teledyne e2v的產品支持延長的高可靠性質保

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

　　Teledyne e2v的可性產品的質量保證包含四個主要的步驟。

　　讓我們仔細看一下這些步驟。

　　一旦Teledyne e2v決定將一款新產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估和認證這一產品。

　　1.產品轉移

　　第一步的關健是保證可以擴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試程序并使用相同的測試設備。這使得Teledyne e2v能保證在高可靠性的溫度范圍（-55/125C）內正常工作。并和原始制造商有相網的測試范圍和測試質量。

　　Teledyne e2v一直持續投資其測試設備以保證新舊NXP 微處理器的高可靠性。圖3表示多年來Teledyne o2v獲取和使用的不同的測試設備，以保證長期供貨并引入新的處 理技術。圖中在測試設備的附近還標注了相關的處理器系列。

　　2.特性描述

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

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

　　特性描述的步驟可回答這些問題。所有在擴展環境中的實際測試數據都會放在提供給用戶的數手冊中。

　　同時，特性描述實際上使得Teledyne e2v可保證長期的供貨，即使時間推移。工藝調整也能穩定制造產品和出貨。

　　圖4表明擴展溫度范圍（105‘C到125’C）如何影響功耗。這些特性描述步驟得到的值會反映在產品的數據手 冊中。

　　圖4：功耗v溫度

　　另一方面，下圖表明在擴展溫度范圍里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 最小規格，因此無法保證在擴展溫度范圍可實現1.8GH的頓率。因此，Teledyne e2v會按照1.6GHz的規格生 產，因為這個頻率能滿足擴展溫度范圍的要求。

　　圖5： CPU頻率vs電源電壓

　　3.去球/重植球

　　在這個階段。Teletyne e2v復制產品的配置。

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

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

　　客戶如果自己去球/重植球，會丟失原始制造商的產品質保。

　　我們在進行下面的實例分析之后，再來看這一點。

　　4.質量保證

　　這個步驟是通過加速老化的實驗，確保產品全生命周期的可靠性。

　　圖6表明Teledynee2v遵循的所有關于高可靠性微處理器的質量流程。完整的產品質量流程一般會持續4到6個 月。一共有7個連續的步驟，包含4個主要的活動：

• 　　聲學顯微鏡用于TO時檢查器件的組裝：它也被用于其他質量步驟之后以檢查器件的完整性。
• 　　MSL（濕度敏感度等級測試），實際上是模擬三種器件的回流焊。
• 　　在-55℃、25℃和125℃下的電氣參數測試，以確保器件的性能，并確定器件老化時性能將如何變化。可靠性測試，包含濕度測試和溫度循環，也為了監控器件老化時的行為。

　　通常，廠家會對所有的產品選項做產品質量測試，包括無 鉛版本和有鉛版本（去球并重植球） 。

　　圖6： Teledyne e2v質量流

　　如果產品通過了Teledyne e2v所有的質量和認證標準，它就可被視作質量合格。

　　實例分析=去球/重植球質量流程

　　讓我們重點看一下聲學顯微鏡檢查的重要性。假設一款微處理器器件經過去球/重植球的操作之后變成了含鉛（SnPb）的器件。

　　在產品質量測試的第一步，將對重新植球的含鉛器件進行聲學顯微鏡檢查。

　　圖7表明同一款微處理器產品。其中一片經過去球/重植 球流程（選項A），而另一片經過不同的去球/重植球流程（選項B）。

　　圖7：去球/重植球后的封裝組裝完整性檢查

　　一旦Teledyne e2v的質量測試開始，將對產品A和產品B 分別做聲學顯微鏡檢查。

• 　　送項A：聲學顯微鏡表明產品在去球/重植球的過程中損壞。缺少了一-部分熱較，- -些聚合物球分層。
• 　　選項B：結果良好。

　　結論：

　　- Teledyne e2v 會進行流程B。

　　- 由于流程A不滿足Teledyne e2v的產品完整性要求，因此不會被使用。