一、定義

 

破壞性物理分析（Destructive Physical Analysis，DPA）是為驗(yàn)證元器件的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材料和制造質(zhì)量是否滿足預(yù)定用途或有關(guān)規(guī)范的要求，按元器件的生產(chǎn)批次進(jìn)行抽樣，對(duì)元器件樣品進(jìn)行解剖，以及解剖前后進(jìn)行一系列檢驗(yàn)和分析的全過程。

 

二、DPA的目的

 

DPA是對(duì)合格品的分析，是采用與失效分析相似的技術(shù)方法，分析評(píng)估特性良好的元器件是否存在影響可靠性的缺陷，是一種對(duì)批質(zhì)量的評(píng)價(jià)。工廠在最后一道工序中，對(duì)合格品進(jìn)行分析，很容易在早期發(fā)現(xiàn)制造工藝中的異常情況，有利于改進(jìn)工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量。用戶采用DPA控制技術(shù)可驗(yàn)證和評(píng)價(jià)元器件的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)可能會(huì)影響性能、可靠性的異常情況，確保裝機(jī)元器件質(zhì)量。

DPA是借助于失效分析的一些手段，并以預(yù)防失效為目的而發(fā)展起來的， 對(duì)元器件的使用可靠性起著重要保障作用，也引起了元器件使用者的廣泛關(guān)注，許多部門和工程單位制定了相應(yīng)的DPA標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

 

三、DPA的意義

 

可靠性設(shè)計(jì)工作必須遵循“預(yù)防為主、早期投入”的方針，將預(yù)防、發(fā)現(xiàn)和糾正可靠性設(shè)計(jì)及元器件、材料和工藝方法的缺陷作為工作重點(diǎn)，采用成熟的設(shè)計(jì)和行之有效的可靠性分析、試驗(yàn)技術(shù)，以保證和提高武器裝備的固有可靠性。進(jìn)行早期投入可以取得事半功倍的效果，可以降低全壽命費(fèi)用（全壽命費(fèi)用＝研制費(fèi)＋生產(chǎn)費(fèi)＋使用維修費(fèi)）。

 

DPA就是遵循“預(yù)防為主、早期投入”的方針，對(duì)重要的元器件在投入使用之前，按生產(chǎn)批次對(duì)元器抽樣件進(jìn)行DPA，剔除不合格的、有缺陷的批次，確保符合質(zhì)量要求裝機(jī)使用，保證系統(tǒng)的可靠性。

 

根據(jù)DPA的結(jié)果信息可以拒收在生產(chǎn)中有明顯缺陷或潛在缺陷的批次，對(duì)異常的批次采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?duì)元器件在設(shè)計(jì)、材料或工藝等方面提出改進(jìn)措施。可有效地防止有明顯或潛在缺陷的元器件裝機(jī)使用，保證符合質(zhì)量要求的元器件裝機(jī)，降低了在系統(tǒng)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用中因元器件固有缺陷所造成故障的概率。

 

開展破壞性物理分析的主要意義體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）確定在設(shè)計(jì)及制造過程的中存在的偏離和工藝缺陷，提出改進(jìn)措施。

（2）檢驗(yàn)、驗(yàn)證供貨方元器件的質(zhì)量。

（3）防止具有明顯或潛在缺陷的元器件裝機(jī)使用。

 

四、DPA工作的適用范圍及時(shí)機(jī)

 

什么情況下的元器件需要進(jìn)行DPA？

何時(shí)進(jìn)行DPA？

這些通常都在型號(hào)的DPA規(guī)范文件中規(guī)定。進(jìn)行DPA主要有以下幾種情況：

（1）應(yīng)用于高可靠性要求領(lǐng)域中元器件，如航天、航空及軍用要求。

（2）在電子產(chǎn)品或設(shè)備中，列為關(guān)鍵件或重要件的元器件，如果它們失效，可能會(huì)造成產(chǎn)品故障或影響任務(wù)的完成。

（3）其質(zhì)量等級(jí)低于規(guī)定要求的元器件。

（4）超出規(guī)定的貯存時(shí)間的元器件。

（5）對(duì)已裝機(jī)的元器件需要進(jìn)行質(zhì)量復(fù)驗(yàn)。 

 

進(jìn)行DPA的時(shí)機(jī)，主要有以下幾種情況：

（1）產(chǎn)品質(zhì)量鑒定時(shí)，即包括國家授權(quán)的鑒定機(jī)構(gòu)的鑒定也包括使用方的鑒定。

（2）產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行，即在訂貨合同中，提出DPA，下廠驗(yàn)收時(shí)，使用方可 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督生產(chǎn)方進(jìn)行DPA，或生產(chǎn)廠家出廠供貨前，由有資質(zhì)的第三方實(shí)驗(yàn)室 進(jìn)行DPA，合格后才能供貨。

（3）元器件到貨后，在裝機(jī)之前進(jìn)行DPA，并結(jié)合二次（補(bǔ)充）篩選，可以起到很好的質(zhì)量復(fù)驗(yàn)作用。

（4）對(duì)于超過規(guī)定貯存期元器件的質(zhì)量復(fù)驗(yàn)，按GJB/Z123《宇航用電子元器件有效貯存期及超期復(fù)驗(yàn)指南》的規(guī)定要求進(jìn)行DPA。

 

五、DPA工作的方法和程序

 

1、型號(hào)DPA工作全過程流程

DPA軍用標(biāo)準(zhǔn)為：GJB4027A《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》。在實(shí)標(biāo)工作中，可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾雍图舨茫ǔ闃訑?shù)量和試驗(yàn)項(xiàng)目等都可做適當(dāng)?shù)脑黾雍图舨谩?/span>

 

型號(hào)中的元器件管理文器件件中明確了必須進(jìn)行DPA的要求，并制訂相應(yīng)的DPA規(guī)范，確立了進(jìn)行DPA的元器件種類、抽樣方案、 試驗(yàn)項(xiàng)目、依照的標(biāo)準(zhǔn)等要求。

 

DPA的試驗(yàn)步驟與失效分析一樣，都是由表及里，由非破壞性到破壞性，不得隨意顛倒。由于DPA是通過對(duì)抽樣樣品的分析來得出整批的器件質(zhì)量水平，所以試驗(yàn)時(shí)應(yīng)按照程序小心進(jìn)行，防止因錯(cuò)誤操作而導(dǎo)致期間出現(xiàn)缺陷和不合格，對(duì)整批器件質(zhì)量狀況進(jìn)行誤判，造成不必要的損失。下圖為DPA工作的全過程流程圖。

DPA抽樣

 

DPA是破壞性的試驗(yàn)，必須抽樣進(jìn)行，應(yīng)在生產(chǎn)批次中隨機(jī)抽樣，經(jīng)有關(guān)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，也可選最能暴露缺陷的元器件作為DPA樣品。在生產(chǎn)方和使用方同意時(shí)，也可抽取電特性不合格但未喪失功能的元器件作為DPA的樣品。

 

（1）樣本大小

 

抽樣結(jié)果將用于批質(zhì)量評(píng)價(jià)，因此就有可能將不合格批誤判為合格批的風(fēng)險(xiǎn)， 加大樣品大小將有利于減少誤判風(fēng)險(xiǎn)，但受到經(jīng)費(fèi)的制約，樣品大小不可能過大。

 

樣本大小應(yīng)以滿足DPA的檢驗(yàn)項(xiàng)目的需要量為前提，GJB 4027A中規(guī)定， 對(duì)于一般元器件為生產(chǎn)批總數(shù)的2%，但不少于5只也不多于10只；對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的元器件，樣本大小應(yīng)為生產(chǎn)批總數(shù)的1%，但不少于2只也不多于5只；對(duì)于價(jià)格昂貴或批量很少的元器件，樣本大小可適當(dāng)減少，但應(yīng)經(jīng)有關(guān)機(jī)構(gòu)批 準(zhǔn)。有關(guān)機(jī)構(gòu)包括鑒定機(jī)構(gòu)、采購機(jī)構(gòu)或元器件使用方。

 

在產(chǎn)品鑒定時(shí)，抽樣應(yīng)按GJB 4027A的要求進(jìn)行，不應(yīng)減少。

 

在非產(chǎn)品鑒定時(shí)可根據(jù)采購的數(shù)量、可靠性要求，可對(duì)樣本大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)募舨谩?/span>

 

（2）重新抽樣

 

若第一次 DPA由于設(shè)備故障或操作人員失誤等與被檢元器件無關(guān)的因素而導(dǎo)致未得出結(jié)論時(shí)，DPA責(zé)任單位應(yīng)在查明原因采取糾正措施后，再重新抽 樣進(jìn)行 DPA（適用時(shí)，可根據(jù)具體情況對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行剪裁）。

 

若第一次DPA未得出明確結(jié)論或結(jié)論為可疑時(shí)，應(yīng)重新抽樣，重新進(jìn)行DPA。必要時(shí)應(yīng)加大樣本大小，適用時(shí)可根據(jù)具體情況對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行剪裁。

 

2、DPA試驗(yàn)項(xiàng)目和程序

 

GJB 4027A《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》規(guī)定了各類元器件DPA的方法，元器件共分16大類，49小類，標(biāo)準(zhǔn)中涉及的DPA試驗(yàn)項(xiàng)目共18個(gè)。

 

各類元器件因其種類、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝存在著很大的差異，DPA的試驗(yàn)項(xiàng)目也不盡相同，試驗(yàn)方法和檢查內(nèi)容等有著很大的差異。如半導(dǎo)體器件類的試驗(yàn)項(xiàng)目較多，元件類試驗(yàn)項(xiàng)目就較少。

 

密封型半導(dǎo)體器件（包括單片集成電路、混合集成電路和半導(dǎo)體分立器件） 的DPA項(xiàng)目通常是9個(gè)項(xiàng)目：外部目檢、X射線檢查、顆粒碰撞噪聲檢測(cè)（PIND）、密封、內(nèi)部水汽含量分析、內(nèi)部目檢、掃描電鏡檢查（SEM）、鍵合強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。

 

電阻器、電容器等元件一般是三四個(gè)項(xiàng)目：外部目檢、引出端強(qiáng)度、內(nèi)部目檢制樣鏡檢。

 

以單片集成電路為例，分為密封半導(dǎo)體集成電路和塑封半導(dǎo)體集成電路，其工作項(xiàng)目號(hào)分別為1101和ll03，因封裝結(jié)構(gòu)不同，其DPA試驗(yàn)項(xiàng)目有很大的差異。

 

（1 ）密封型單片集成電路的DPA試驗(yàn)程序

密封型單片集成電路的DPA的試驗(yàn)項(xiàng)目、主要檢查內(nèi)容、試驗(yàn)方法號(hào)、可以發(fā)現(xiàn)的缺陷及可預(yù)防的失效模式見下表。其中外部目檢、X射線檢查、顆粒碰撞噪聲檢測(cè)、密封等非效破壞性的試驗(yàn)，后續(xù)的試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，應(yīng)按順序進(jìn)行，不得顛倒。

（2）塑封性單片集成電路的DPA程序

塑封型單片集成電路的DPA的試驗(yàn)項(xiàng)目、主要檢查內(nèi)容、試驗(yàn)方法號(hào)、可以發(fā)現(xiàn)的缺陷及可預(yù)防的失效模式見下表，其中外部目檢、X射線檢查聲學(xué)掃描顯微鏡檢查等為非破壞性的試驗(yàn)。

與密封型集成電路電路相比，塑封集成電路的破壞性物理分析試驗(yàn)項(xiàng)目中 沒有了與空腔結(jié)構(gòu)有關(guān)的試驗(yàn)，如PINO、密封、內(nèi)部水汽含量分析，而增加了所特有的聲學(xué)掃描顯微鏡檢查(SAM)和玻璃鈍化層完整性檢查。

 

（3）片式元件的 DPA 試驗(yàn)程序

在GJB-4027A中涉及的片式元件主要包括片式固定電阻器、多層瓷介（獨(dú)石）電容器、片式固體電解質(zhì)鉅電容器，主要需要對(duì)元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電極進(jìn)行剖面制樣檢查。片式元件的DPA的試驗(yàn)項(xiàng)目見下表。

序號(hào)	試驗(yàn)項(xiàng)目	可以發(fā)現(xiàn)的缺陷
1	外部目檢	基體表面的裂紋、端電極缺陷、錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)
2	制作鏡檢	基本內(nèi)部缺陷

 

（4）半導(dǎo)體分立器件的DPA程序

 

GJB4027A將分立器件根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)化，和玻璃即分為鈍化封裝三種。

 

工作項(xiàng)目1001：無鍵合引線軸向引線玻璃夕二極管。

 

工作項(xiàng)目1002：無鍵合引線螺栓安裝和軸向弓I線金屬外殼二極管。

 

工作項(xiàng)目1003：表面安裝和外引線同向引出晶體管、二極管。

 

目前的分法是按其封裝及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行，可操作性較強(qiáng)大。首先按是否有鍵合目前絲來區(qū)分的分法，如無鍵合絲則根據(jù)封裝材料和等予以區(qū)分。半導(dǎo)體分立器件的DPA程序見下表。

二極管因其結(jié)構(gòu)多樣性，內(nèi)部目檢的具體實(shí)施過程有所不同，有時(shí)需對(duì)樣品進(jìn)行制備。應(yīng)注意，目前標(biāo)準(zhǔn)的工作項(xiàng)目1001中，只對(duì)二極管進(jìn)行機(jī)械切割或化學(xué)方法去除玻璃（包封），際操使芯作中片可暴露，但對(duì)芯片粘接質(zhì)量的檢查要求沒明確判據(jù)，如用戶需要，在實(shí)際操作中可增加檢查要求，如＂剖面制作”的求檢查要求。

 

由于許多二極管是面接觸或點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)，工作項(xiàng)目1001和1002中所對(duì)應(yīng)的有些結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）適用性不大，如需要，建議委托方加強(qiáng)監(jiān)制或在封帽前進(jìn)行SEM。

 

3、DPA試驗(yàn)項(xiàng)目裁剪

 

在型號(hào)DPA工作中，可根據(jù)可靠性的需要”，對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目、樣本大小進(jìn)行裁減。目前工程型號(hào)采用最多的為“常規(guī)六項(xiàng)DPA”，即為剪裁后的密封型半導(dǎo)體器件的DPA要求。

 

廣泛使用的裁剪后的密封性集成電路、塑封集成電路DPA試驗(yàn)程序分別見下表。

六、DPA結(jié)論和不合格處理

 

在GJB4027A中規(guī)定，外形、裝配、功能或工藝不符合規(guī)定的要求即構(gòu)成缺陷，當(dāng)DPA用于批質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，除非另有說明，元器件的缺陷將作為批拒收的依據(jù)。

 

根據(jù)GJB4027A規(guī)定，破壞性物理分析結(jié)論分為以下四類。

 

（1）DPA中未發(fā)現(xiàn)缺陷或異常情況時(shí)，其結(jié)論為合格。

 

（2）DPA中未發(fā)現(xiàn)缺陷或異常情況，但樣品大小小于相關(guān)規(guī)定，其結(jié)論為樣品通過。

 

（3）DPA中發(fā)現(xiàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的拒收缺陷時(shí)，其結(jié)論為不合格，但結(jié)論中應(yīng)說明缺陷的屬性（如批次性缺陷或可篩選缺陷）。

 

（4）DPA中僅發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，其結(jié)論為可疑或可疑批，依據(jù)可疑點(diǎn)可繼續(xù)進(jìn)行DPA。

 

在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果將DPA中中發(fā)現(xiàn)的元器件缺陷都批拒收，則可能過于嚴(yán)格，應(yīng)分析缺陷的性質(zhì)，凡是具有以下條件之一的缺陷，可構(gòu)成了批拒收缺陷。

 

（1）缺陷屬于致命缺陷或嚴(yán)重缺陷。

 

（2）具有批次性的缺陷。

 

（3）具有發(fā)展性的（如鋁腐蝕等）且難以篩選的缺陷。

 

（4）嚴(yán)重超過定量合格判據(jù)的缺陷。

 

對(duì)DPA不合格批的處理應(yīng)根據(jù)缺陷的性質(zhì)，及DPA的不同用途而定。下面是在工程中對(duì)DPA不合格批所采取的處理方法。

 

（1）鑒定時(shí)。在鑒定時(shí)進(jìn)行的DPA中，如發(fā)現(xiàn)了拒收的缺陷應(yīng)按鑒定DPA不通過處。

 

（2）驗(yàn)收時(shí)。在驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行的DPA中，如發(fā)現(xiàn)了批拒收的缺陷應(yīng)按整批拒收處理。加倍抽樣再進(jìn)行一只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)的缺陷是可篩選的缺陷，可允許生產(chǎn)方進(jìn)行針對(duì)性篩選后加倍抽樣再進(jìn)行一次DPA，如果不再發(fā)現(xiàn)任何缺陷，可按通過DPA的元器件處理。

 

（3）復(fù)驗(yàn)時(shí)。在復(fù)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行的DPA中，如發(fā)現(xiàn)了批拒收的缺陷應(yīng)按整批報(bào)廢處理；當(dāng)發(fā)現(xiàn)了可篩選的缺陷，應(yīng)進(jìn)行針對(duì)篩選后，加倍抽樣再進(jìn)行一次DPA，如果不再發(fā)現(xiàn)任何缺陷時(shí)，可按通過DPA的元器件處理。

 

（4）已裝機(jī)元器件的質(zhì)量驗(yàn)證時(shí)。在已裝機(jī)元器件的質(zhì)量驗(yàn)證的DPA中，如發(fā)現(xiàn)了批拒收缺陷，一般應(yīng)對(duì)已裝機(jī)同生在已裝機(jī)元器件的質(zhì)量驗(yàn)證件作整批更換處理。當(dāng)器件的損壞，不致導(dǎo)致型號(hào)任務(wù)的失敗或嚴(yán)重影響型號(hào)任務(wù)的可靠性，也可不作整批更換處理。