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      Teledyne e2v微處理器:?可靠性的差異

      發布時間:2020-01-08 責任編輯:wenwei

      【導讀】今天讓我們進??場技術問答?賽。準備好了嗎?你能在15秒內列舉出關鍵?運算量系統(如飛?電?、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,可靠性,滿?嚴苛環境的要求,擴展的?命周期......?
       
      這是?個好的開始!
       
      在超過35年?,Teledyne e2v?直成功地為世界上的飛?電?、宇航和國防的客戶(包括空客、波?、NASA、ESA等)提供?代??代的?可靠性微處理器。
       
      在這篇?章?,我們?先會列出宇航和國防客戶最關鍵的需求,然后詳細闡述Teledyne e2v的微處理器是如何完美地滿?這些?可靠性的需求,接著深?介紹這些?可靠性微處理器的質量認證。
       
      擴展溫度范圍的電?產品和機械產品的完整性
       
      與我們?活中常見的產品如汽車和?機不同,飛?電?、宇航和國防系統被設計為能?作在更極端的條件下。
       
      很容易理解,擴展的溫度范圍是?要的要求。
       
      在10000米/35000英尺?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?系統被很好地保護,他們在這種超低溫的條件下的?為必須能夠被很好的預測。
       
      另???,系統必須能在由?標應?特點決定的極熱的條件下正常?作:其原因可能是受限的環境(?如板?的布局)、可靠性要求?風扇設計或確保系統在最壞條件下依然能?作。
       
      http://m.gdnengbo.cn/art/artinfo/id/80037448
      圖 1: 飛?電?、宇航和國防的溫度需求 vs ?業級
       
      這種需求會影響電?器件的設計,從?兼容寬溫度范圍,如-55℃到125℃(有時叫做軍級),如圖1所?。
       
      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?絡,?于焊接在印制電路板(PCB)上。
       
      系統制造商多年來?直使?錫鉛球(也叫作Sn-Pb),對此有豐富的經驗。?直以來,鉛被認為可以減弱錫須的形成,雖然其具體的機制?直?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?某些有害成分的指令(RoHS)限制在?多數消費類產品中使?鉛,催?了錫銀銅焊接?藝的應?,這種?藝也叫作?鉛或RoHS。
       
      多年來,電?元器件包括微處理器的制造商?直在同時推?含鉛(Sn-Pb)和?鉛(RoHS)的選項,但最近?年來,只推?RoHS選項成了?種趨勢。
       
      由于?鉛產品的特性尚未被完全探明,在關鍵的領域?如航空、航天和國防的應?中,依然不流?使??鉛產品。由于客戶需熟悉?鉛的?藝,從含鉛到?鉛的轉換也會增加產品周期。
       
      http://m.gdnengbo.cn/art/artinfo/id/80037448
      圖 2:焊球
       
      今天,在歐洲?鉛的普及率?美國和亞太區?,但是距離100%還很遙遠。在歐洲的飛?電?和國防系統中,?鉛的使?率也沒到100%。
       
      在美國和亞洲的飛?電?和國防系統中,?鉛器件的普及率要低得多。
       
      因此,繼續?產和測試含鉛焊球的器件,依然有很?的市場需求。
       
      長壽命
       
      長壽命也是飛?電?、宇航和國防系統的?個關鍵點,或者是?個負擔,或者兩者兼有。
      為什么?原因如下。
       
      在飛?電?領域,?融投資對于制造關鍵安全性的系統?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,?旦系統經過認證,飛?電?制造商希望盡可能不進?任何改動地重?這個系統。
       
      這意味著對電?元器件的采購??,需在數?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,?不進?任何改動。你會發現某些飛機已經很?了,但是依然滿?安全性的要求。
       
      TELEDYNE E2V?可靠性微處理器質量認證
       
      Teledyne e2v已經?產?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℃
      •提供?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?持延長的?可靠性質保
      • ?持AS / EN / JIS Q 9100 (格?諾布爾, 法國)的航空認證
       
      Teledyne e2v的?可靠性產品的質量保證包含四個主要的步驟。
       
      讓我們仔細看?下這些步驟。
       
      ?旦Teledyne e2v決定將?款新產品加??可靠性微處理器的系列中,它將遵循下?的步驟評估和認證這?產品。
       
      1. 產品轉移
       
      第?步的關鍵是保證可以擴展商?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?相同的測試設備。這使得Teledyne e2v能保證在?可靠性的溫度范圍(-55/125℃)內正常?作,并和原始制造商有相同的測試范圍和測試質量。
       
      Teledyne e2v?直持續投資其測試設備以保證新舊NXP微處理器的?可靠性。圖3表?多年來Teledyne e2v獲取和使?的不同的測試設備,以保證長期供貨并引?新的處理器技術。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
       
      http://m.gdnengbo.cn/art/artinfo/id/80037448
      圖 3:測試設備
       
      這個步驟的?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℃是怎樣的值。
       
      - 在125℃時器件的功耗是多少?
      - 在105℃以上或-55℃時PLL會鎖定嗎?
      - 在125℃時器件能跑到最?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?戶的數據?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、?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℃到125℃)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?冊中。
       
      http://m.gdnengbo.cn/art/artinfo/id/80037448
      圖4: 功耗 vs 溫度
       
      另???,下圖表明在擴展溫度范圍?CPU頻率隨電源電壓的變化。上?的曲線表明Vmin跨越了Vid最?值的最?規格,因此?法保證在擴展溫度范圍可實現1.8GHz的頻率。因此,Teledyne e2v會按照1.6GHz的規格?產,因為這個頻率能滿?擴展溫度范圍的要求。
       
      http://m.gdnengbo.cn/art/artinfo/id/80037448
      圖5: CPU頻率 vs 電源電壓
       
      3. 去球/重植球
       
      在這個階段,Teledyne e2v復制產品的配置。
       
      • 第?種是原始的配置,即?鉛(RoHS)焊球。
      • 第?種是含鉛(SnPb)焊球。
       
      這?流程可簡單描述為移除焊球,然后使?另?種?屬/合?植球。但是,實際上這?常的復雜,帶給客戶的價值也?常?。?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器件的機械和電?完整性。
       
      客戶如果??去球/重植球,會丟失原始制造商的產品質保。
       
      我們在進?下?的實例分析之后,再來看這?點。
       
      4. 質量保證
       
      這個步驟是通過加速?化的實驗,確保產品全?命周期的可靠性。
       
      圖6表明Teledyne e2v遵循的所有關于?可靠性微處理器的質量流程。完整的產品質量流程?般會持續4到6個?。?共有7個連續的步驟,包含4個主要的活動:
       
      • 聲學顯微鏡, ?于T0時檢查器件的組裝。它也被?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?參數測試,以確保器件的性能,并確定器件?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?化時的?為。
       
      通常,?家會對所有的產品選項做產品質量測試,包括?鉛版本和有鉛版本(去球并重植球)。
       
      http://m.gdnengbo.cn/art/artinfo/id/80037448
      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?下聲學顯微鏡檢查的重要性。假設?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?步,將對重新植球的含鉛器件進?聲學顯微鏡檢查。
       
      圖7表明同?款微處理器產品,其中??經過去球/重植球流程(選項A),?另??經過不同的去球/重植球流程(選項B)。
       
      http://m.gdnengbo.cn/art/artinfo/id/80037448
      圖7: 去球/重植球后的封裝組裝完整性檢查
       
      ?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。
       
      • 選項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?部分熱較,?些聚合物球分層。
      • 選項B: 結果良好。
       
      結論:
       
      - Teledyne e2v 會進?流程B。
      - 由于流程A不滿?Teledyne e2v的產品完整性要求,因此不會被使?。
       
       
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