专利名称：一种微小卫星用芯片的筛选方法
技术领域：
本发明涉及微小卫星领域，特别地，涉及ー种微小卫星用芯片的筛选方法。
背景技术：
由于空间辐射环境的辐射影响，传统的大卫星星上电子系统多采用特殊エ艺处理的宇航级芯片。而微小卫星由于体积小、重量轻、成本低，这些特点决定了微小卫星不能像大卫星一祥大量采用宇航级别的芯片，而是需要采用成本低的芯片，如民用的COTS元器件(Commercial Off-The-Shelf)和组件,采取筛选、加固和冗余备份等方式来增强微小卫星系统的可靠性，保证微小卫星的长期可靠运行。将芯片进行筛选试验是指为选择具有一定特性的产品或剔除早期失效的产品而进行的试验。它是ー种对芯片进行全数检验的非破坏性试验，通过按照一定的程序施加环境应力，激发出产品潜在的设计和制造缺陷，以便剔除早期失效产品，降低失效率。而可靠性筛选，是除保证芯片质量等级外，还应满足使用质量等级的要求，并对元器件的设计エ艺，选用材料和控制手段等方面进行验证与考核。目前电子元器件的筛选方法体现在筛选技术条件之中，筛选技术条件设计是否合理直接影响筛选效果，影响电子产品的质量和可靠性，影响费用和代价。筛选技术条件包括筛选项目、筛选方法、筛选顺序、应力量值(包括持续时间或循环次数)等。总的原则是根据有关元器件的特性參数、生产エ艺状況.从设计、材料、エ艺方面可能存在的缺陷(故障模式分布)选择有效的筛选项目和方法。同时要根据试验和现场使用中元器件失效统计分析及筛选效果的工程经验加以修正逐步完善。目前航天工业部门的芯片筛选方法在实际工作中还存在着ー些问题。首先是筛选方法的种类多，存在不同级别的筛选方法.而元器件质量保证技术也在不断发展，现有的筛选方法过于陈旧、水平不高，并不能满足现有元器件的质量要求。其次是质量等级要求高，筛选全面的元器件与质量等级要求不高的元器件，制定的筛选方法没有差异。
发明内容
本发明目的在于提供一种小卫星使用的COTS芯片的筛选方法，以解决现有技术中的筛选方法不能保障芯片在航天领域应用的技术问题。为实现上述目的，根据本发明的ー个方面，提供了ー种微小卫星用芯片的筛选方法，包括以下步骤:(I)抽选同一批次的芯片进行破坏性试验，破坏性试验用于评估芯片エ艺和材料性能，以得到检测结果合格的芯片；(2)将经破坏性试验的检测结果为合格的芯片进行可靠性筛选，可靠性筛选用于评估芯片使用寿命，以得到可应用于微小卫星的芯片。进ー步地，破坏性试验包括以下步骤:(I)将芯片进行辐照检测；
(2)将进行辐照检测合格的芯片进行超声波扫描，以得到超声波扫描检测结果合格的芯片；(3)将超声波扫描检测合格的芯片进行DPA分析，以得到经破坏性实验检测结果合格的芯片。进ー步地，辐照检测为将芯片筛选板加电状态下，放置在剂量率为2rad/s的辐射中放置1.5小时，若芯片运行正常，则辐照检测合格。进ー步地，超声波扫描为将辐照检测合格的芯片在I IOMHz频率的超声波下扫描。进ー步地，DPA分析包括外观检查、X射线扫描、开帽后内部目检、键合强度检查、SEM检查。进ー步地，可靠性筛选包括以下步骤:(I)将经破坏性试验合格的芯片进行温度循环检测；(2)将进行温度循环检测合格的芯片进行力学振动检测；(3)将进行力学振动检测合格的芯片进行高温检测，得到可应用于微小卫星的芯片。进ー步地，温度循环检测为将经破坏性试验合格的芯片放置在压カ为
6.5X 10_3Pa，温度为75°C的环境中，以I 3°C /min的速度降温，当温度为_30°C后停止降温，再以I 3°C /min温度进行升温，待温度达到75°C时停止升温；将芯片取出，放置在常压，温度为75°C的环境中，以3 5°C /min的速度降温，当温度为_30°C后停止降温，循环降温和升温2.5次，待温度达到75°C时停止升温，将芯片取出，若芯片运行正常则温度循环检测合格。进ー步地，力学振动检测为将温度循环检测合格的芯片放置在20 2000Hz的振动频率、加速度为4g下振动60s，若芯片运行正常，则力学振动检测合格。进ー步地，高温检测为将所述芯片安装在测试板上，加电状态下在85°C下连续エ作48小时，若芯片运行正常，则高温检测合格。本发明具有以下有益效果:本发明提供的微小卫星用芯片的筛选方法，包括破坏性试验和可靠性筛选，其中破坏性试验用于评估芯片的制作エ艺、材料是否满足航天使用的要求；可靠性筛选的目的在于排除元器件的早期失效。本发明将芯片先进行破坏性试验再进行可靠性筛选，首先保证了芯片在エ艺上是可靠的，然后再进行早期失效的筛选，保证经过筛选合格的芯片可用适用于航天领域，同时减少了检测エ序，避免了重复试验。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将參照图，对本发明作进ー步详细的说明。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进ー步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:图1是本发明优选实施例的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本发明为了解决现有的筛选方法不能保障微小卫星用芯片应用于航天领域的技术问题，提供了ー种微小卫星芯片的筛选方法，包括以下步骤:(I)抽选同一批次的芯片进行破坏性试验，破坏性试验用于评估芯片エ艺和材料性能，以得到检测结果合格的芯片；(2)将经破坏性试验的检测结果为合格的芯片进行可靠性筛选，可靠性筛选用于评估芯片使用寿命，以得到可应用于微小卫星的芯片。其中破坏性试验用于评估芯片的制作エ艺、材料是否满足航天使用的要求；可靠性筛选的目的在于排除元器件的早期失效。本发明将芯片先进行破坏性试验再进行可靠性筛选，首先保证了芯片在エ艺上是可靠的，然后再进行早期失效的筛选，保证经过筛选合格的芯片可用适用于航天领域，同时减少了检测エ序，避免了重复试验。进ー步地，破坏性试验包括以下步骤:( I)将芯片进行辐照检测；(2)将进行辐照检测合格的芯片进行超声波扫描，以得到超声波扫描检测结果合格的芯片；(3)将超声波扫描检测合格的芯片进行DPA分析，以得到经破坏性实验检测结果合格的芯片。辐照检测用于评价空间辐照效应对器件的损伤，保证筛选出来的芯片可在空间辐照的环境下运行正常。超声波扫描技术采用超声波探测芯片内部的结构，发现芯片内部是否存在微小的缺陷，并且对材料做定性分析，筛选出因封装エ艺不良导致材料内部或不同材料结合面之间存在空洞甚至分层。如果芯片中存在界面分层、焊点空洞、芯片裂纹等则芯片不合格。DPA检测可确定某批产品是否存在设计、材料、エ艺方面的缺陷，这些缺陷可能在辐照检测和超声波扫描等筛选、考核等过程中未暴露，但在长期使用中会引起产品性能的退化。进ー步地，辐照检测为将芯片筛选板加电状态下，放置在剂量率为2rad/s的辐射中放置1.5小时，若芯片运行正常，则辐照检测合格。辐照检测按照前述的方法进行，更能模拟芯片在太空中的运行环境，更真实的反应芯片的使用性能。进ー步地，超声波扫描为将辐照检测合格的芯片在I IOMHz频率的超声波下扫描，用100X显微镜进行检查，如果芯片运行正常则超声波扫描检测合格。超声波检测按照前述的方法进行，可探测芯片的内部结果，及早发现芯片中的微小缺陷，提高筛选的准确率。进ー步地，DPA试验包括外观检查、X射线检查、开帽后内部目检、键合强度、SEM检查检查。内部目检按照MIL-STD-883G中2009号标准进行检查，用10倍显微镜检验。X射线检查按照MIL-STD-883G中2012号标准进行检测，X射线按照ー个方向进行检查。声扫描按照MIL-STD-883G中2030号标准进行。键合拉カ按照GJB548A2011A进行检测，全部引线>1.5gf。SEM检查按照GJB548A2019A进行检查。进ー步地，可靠性补充筛选试验包括以下步骤:
( I)将经破坏性试验合格的芯片进行温度循环检测；(2)将进行温度循环检测合格的芯片进行力学振动检测；(3)将进行力学振动检测合格的芯片进行高温检测，得到可应用于微小卫星的芯片温度循环检测和力学振动检测主要是对实验前后的元器件进行性能测试，评价温度、机械应カ对器件的影响，功能正常性能不退化则认为合格。真空实验和老练实验需要在整个实验过程中对元器件进行监測，不出现功能故障则认为合格。真空实验评价非金属封装材料的真空放气是否满足要求，实验结束后芯片功能正常，表面无裂纹则合格。高温检测主要剔除早期失效的元器件，实验过程中和结束后进行功能测试正常，则合格。这样的顺序保证了，早期发现材料和温度不合格的产品，避免重复。进ー步地，温度循环检测为将经破坏性试验合格的芯片放置在压カ为
6.5X 10_3Pa，温度为75°C的环境中开始计吋，以I 3°C /min的速度降温，当温度为_30°C后停止降温，再以I 3°C /min温度进行升温，待温度达到75°C时停止升温；将芯片取出，放置在常压，温度为75°C的环境中开始计吋，以3 5°C /min的速度降温，当温度为_30°C后停止降温，循环降温和升温2.5次，待温度达到75°C时停止升温，将芯片取出，若芯片运行正常则温度循环检测合格。按照前述的条件进行温度循环试验，可以判断芯片的抗高温和抗低温能力，保证芯片的在太空中的正常运行，提高筛选的准确率。进ー步地，力学振动检测为将温度循环检测合格的芯片放置在20 2000Hz的振动频率、加速度为4g下振动60s，若芯片运行正常，则力学振动检测合格。进ー步地，高温检测为将所述芯片安装在测试板上，加电状态下在85°C下连续エ作48小时，若芯片运行正常，则高温检测合格。实施例 以下实施例中所用的材料和仪器均为市售。实施例1(I)选用同一批号的COST元器件(n=100)，抽查其中10%的元器件(n=10)进行破坏性试验:首先进行辐照检测，将COST元器件在剂量率为2rad/s的辐射中放置1.5小时后取出，检测运行正常的COST元器件为8个；将运行正常的8个COST元器件在I IOMHz频率的超声波下进行扫描，用100X显微镜进行检查，8个COST元器件全部合格；将8个合格的COST元器件进行外观检查、X-射线检查、开帽后内部目检、键合強度、钝化层完整性检查、SEM检查、封装剖面检查，8个COST元器件全部符合MIL-STD-883G2009、MIL-STD-883G2012、MIL-STD-883G2030、GJB548A2011A、GJB548A2019A 标准中的内容。(2)将同一批次的剩下90个COST元器件放置在压カ为6.5X 10_3Pa，温度为75°C的环境中开始计吋，以I :TC /min的速度降温，当温度为-30°C后停止降温，再以I
30C /min温度进行升温，待温度达到75°C时停止升温；将芯片取出，放置在常压，温度为75°C的环境中开始计吋，以3 5°C /min的速度降温，当温度为_30°C后停止降温，循环降温和升温2.5次，待温度达到75°C时停止升温，将COST元器件取出，其中有88个COST元器件运行正常。将88个运行正常的COST元器件进行力学振动检测，有83个COST元器件运行正常。将83个力学振动检测合格的COST元器件安装在测试板上，加电状态下在85°C下连续工作48小时，有81个COST元器件进行高温检测后运行正常。
对比例I抽查100个COST元器件按照实施例1的方法对COST元器件进行筛选，其区别在于，对比例I不进行辐照检測。对比例2抽查100个COST元器件按照实施例1的方法对COST元器件进行筛选，其区别在于，对比例2不进行超声波检测。对比例3抽查100个COST元器件按照实施例1的方法对COST元器件进行筛选，其区别在于，对比例3不进行DPA检测。对比例4抽查100个COST元器件按照实施例1的方法对COST元器件进行筛选，其区别在于，对比例4不进行温度循环检測。对比例5抽查100个COST元器件按照实施例1的方法对COST元器件进行筛选，其区别在于，对比例5不进行力学振动检測。对比例6抽查100个COST元器件按照实施例1的方法对COST元器件进行筛选，其区别在于，对比例6不进行真空检测。对比例7抽查100个COST元器件按照实施例1的方法对COST元器件进行筛选，其区别在于，对比例7不进行高温老练检測。将经过实施例1和对比例I 7方法筛选出来的10个COST元器件组装成微小卫星投放入太空，计算实施例1和对比例I 7的COST元器件的使用寿命，使用寿命在600天以上的，则认为COST元器件运行良好，若使用寿命在600天以下，则认为COST元器件存在缺陷，计算结果列于表I中。表1C0ST兀器件的使用寿命结果表
权利要求
1.一种微小卫星用芯片的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)抽选同一批次的芯片进行破坏性试验，所述破坏性试验用于评估芯片エ艺和材料性能，以得到检测结果合格的芯片； (2)将所述经破坏性试验的检测结果为合格的芯片进行可靠性筛选，所述可靠性筛选用于评估芯片使用寿命，以得到可应用于微小卫星的芯片。
2.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述破坏性试验包括以下步骤: (1)将所述芯片进行辐照检测； (2)将进行所述辐照检测合格的芯片进行超声波扫描，以得到所述超声波扫描检测结果合格的芯片； (3)将所述超声波扫描检测合格的芯片进行DPA分析，以得到所述经破坏性实验检测结果合格的芯片。
3.根据权利要求2所述的筛选方法，其特征在于，所述辐照检测为将芯片筛选板加电状态下，放置在剂量率为2rad/s的辐射中放置1.5小时，若芯片运行正常，则辐照检测合格。
4.根据权利要求2所述的筛选方法，其特征在于，所述超声波扫描为将所述辐照检测合格的芯片在I IOMHz频率的超声波下扫描。
5.根据权利要求2所述的筛选方法，其特征在于，所述DPA分析包括外观检查、X射线扫描、开帽后内部目检、键合強度检查、SEM检查。
6.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述可靠性筛选包括以下步骤: (1)将所述经破坏性试验合格的芯片进行温度循环检测； (2)将进行所述温度循环检测合格的芯片进行力学振动检测； (3)将进行所述力学振动检测合格的芯片进行高温检测，得到所述可应用于微小卫星的芯片。
7.根据权利要求6所述的筛选方法，其特征在干，所述温度循环检测为将所述经破坏性试验合格的芯片放置在压カ为6.5X 10_3Pa，温度为75°C的环境中，以I 3°C /min的速度降温，当温度为-30°C后停止降温，再以I 3°C /min温度进行升温，待温度达到75°C时停止升温；将芯片取出，放置在常压，温度为75°C的环境中，以3 5°C /min的速度降温，当温度为-30°C后停止降温，循环降温和升温2.5次，待温度达到75°C时停止升温，将芯片取出，若芯片运行正常则温度循环检测合格。
8.根据权利要求6所述的筛选方法，其特征在于，所述力学振动检测为将所述温度循环检测合格的芯片放置在20 2000Hz的振动频率、加速度为4g下振动60s，若芯片运行正常，则力学振动检测合格。
9.根据权利要求6所述的筛选方法，其特征在于，所述高温检测为将所述芯片安装在测试板上，加电状态下在85°C下连续工作48小时，若芯片运行正常，则高温检测合格。
全文摘要
本发明提供了一种微小卫星用COTS芯片的筛选方法，包括以下步骤抽选同一批次的芯片进行破坏性试验，破坏性试验用于评估芯片工艺和材料性能，以得到检测结果合格的芯片；将经破坏性试验的检测结果为合格的芯片进行可靠性筛选，可靠性筛选用于评估芯片使用寿命，以得到可应用于微小卫星的芯片。解决了现有技术中的筛选方法不能保障COTS芯片在航天领域应用的技术问题。
文档编号G01R31/308GK103091625SQ201310028660
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者张育林, 宋新, 陈利虎, 绳涛, 赵勇, 程云 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学