塑封微电路在军用设备中使用的可靠性考虑2 塑封微电路在军用设备中使用的可靠性考虑2 1 引 言 随着元器件报废问题的不断出现，美国国防部不断强调要通过采纳商用惯例来减少采办费用，这样就导致在军品规划中越来越多地以商用塑封微电路(PEM)代替军用规范的气密封装的微电路(HSM)。由于军品市场不断缩小，现在只有为数不多的微电路被设计用来在全军用温度范围内工作，军品采购量少的现实也削弱了无附加值的专用生产过程控制的作用。尽管美国国防部未直接发出使用塑封微电路的命令，但许多军品规划都朝着这个方向走。与气密封装微电路相比，塑封微电路重量较轻、尺寸较小、可用性较高以及成本可下降80%。这些优点是美国军方考虑使用PEM的刺激因素。供货商在PEM可靠性方面的持续改进以及PEM在类似于军用设备工作环境中的汽车环境中的鉴定和使用结果，已经成为在所选军品规划中使用PEM数量不断增加的主要原因。 2 主要考虑 要想PEM成功地应用于军用设备中，在整个产品寿命周期中实际使用环境必须与适用的PEM规范有较好的匹配。在军用设备中使用PEM时，必须作如下6个方面的的考虑： 2.1 必须按寿命周期环境而不仅仅为使用环境来设计 不管是PEM还是HSM，如果暴露在其规范极限之外，都会受到潜在失效的影响。因此，关键是设计阶段要考虑制造、运输与贮存环境以及工作环境。如下表所示，PEM一般应适用于6个温度范围。 元器件级别 温度范围 商用级 0～70℃ 工业级 －25～85℃ 汽车级3 －40～85℃ 汽车级2 －40～105℃ 汽车级1 －40～125℃ 军用级 －55～125℃ 注：器件种类的适用性有限。 若干供应商采用HSM设计
规则
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来设计PEM电路，经试验证明，其PEM可在军用规范的温度范围内可靠地工作。 与这种考虑相关的一些特殊要求如下： ——环境规范必须不但包括工作剖面，而且包括制造、试验、运输和贮存剖面。对应用条件的透彻了解是必不可少的(寿命周期功能与环境剖面)。 ——制定健壮设计
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，使用降额、宽容限和其它有效的设计方法，以解决制造工艺变量以及超出器件规范范围的温度带来的问题。 ——应实行电路模拟(例如，应力分析，失效模式与效应分析，最坏情况分析等)来
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器件在规定环境下的性能与设计容限。 ——PEM的成本应把全寿命周期费用和采办费用都考虑在内。 如果PEM需要寿命／鉴定试验和附加的质量筛选，那么其费用方面的优点就削弱了。PEM的成本优点还可通过与长期休眠贮存系统相关的后勤费用得到补偿。 2.2 PEM是不能通过筛选来按军用工作温度(－55℃～125℃)去升级的原来用商用设计规则设计的微电路不能按军用温度范围来进行上限筛选。应注意不要使用超出其原有设计极限的PEM。 ——超出其原有设计极限的性能是未知的。 ——被接受的商业惯例升级特性和筛选试验不能保证军用环境下的可靠性。 ——应设计用来为PEM提供合适的环境条件(例如，耐温湿度性能的外壳，温升循环等)。 2.3 对于长期休眠贮存系统来说，PEM的可靠性可能不令人满意 PEM能否用于长期休眠贮存的武器系统(比如，导弹、激光制导炸弹、鱼雷等)，这个问题已经使人们争论得沸沸扬扬。必须注意，一定要在获得附加信息时才能在这些系统中使用PEM。 ——目前仍缺乏数据来支持PEM用于长期(即15～20年)休眠贮存的武器系统中。——加速寿命试验数据与PEM长期贮存风险并没有关联。 2.4 塑封材料特性要求采用特殊制造工艺 如果没有适当贮存、搬运或使用的话，PEM会吸收潮气。贮存或制造期间所吸收的潮气会导致在焊接时发生“爆玉米花效应”。制造过程之后遗留下来的或使用中积累的离子沾污物都会导致器件内金属表面的腐蚀。 ——表面安装的PEM要求对热扩散技术进行改进，比如，采用新的焊接方法或搬运措施。 ——原始设备制造厂(OEM)的组装工艺必须修改。 ——器件必须用“防潮袋”包装。 ——PEM的制造工艺一般是不能协商决定的。如果增加额外的试验项目，其成本有可能超过HSM。 2.5 商用PEM一般3年后报废 军用元器件的寿命周期保障性与高更换率的商用元器件不兼容，增加了后勤保障费用，节省PEM成本的目标可能难于实现。 ——PEM报废会影响保障性。 ——持续的PEM改进会影响先前的设计方案和试验结果。 ——必须有附加的分析与试验来保证功能上等同的替换器件。 (刘涌 供稿)
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