破壞性試驗能力驗證研究范文

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《電子與封裝雜志》2016年第9期

摘要：

能力驗證是利用實驗室間比對，按照預先制定的準則評價參加者的能力，即利用實驗室/機構間結果的比對來判定實驗室/機構在制定業務范圍內校準、檢測或測試的能力。過去很多人認為破壞性試驗不能進行能力驗證試驗。以電子元器件破壞性物理分析試驗時進行的破壞性鍵合強度試驗的能力驗證方案為例，開展破壞性試驗能力驗證方法研究，為往后在實驗室間進行破壞性試驗的能力驗證活動提供一定的參考。

關鍵詞：

能力驗證；校準；破壞性試驗

1引言

實驗室認可中，能力驗證作為評價實驗室技術能力的重要手段日益受到認可機構的重視[1]。根據樣品傳遞方式的不同，能力驗證計劃主要分為兩類：測量比對計劃和實驗室間檢測計劃。能力驗證作為實驗室重要的外部質量保證手段，其與實驗室內部控制互相依存、互為補充，共同構成了實驗室完整的質量控制體系。能力驗證不僅是實驗室質量控制不可或缺的重要組成部分，也是增強實驗室認可機構、政府監管機構和客戶等相關方對實驗室信心的重要途徑。由于能力驗證試驗依托“大樣本”試驗，正常情況下各實驗室結果的穩健統計值應逼近真值。據此，可采用有證參考物質作為能力驗證計劃共同試驗樣品，有證參考物質（即標準物質/標準樣品）是具有正（準）確量值的測量標準，是以物征量值的穩定性、均勻性和正（準）確性為其主要特征的。依據能力驗證試驗對有證參考物質檢測結果的穩健統計值，用以比較驗證有證參考物質認定值的符合性[2]。過去很多人錯誤地認為，破壞性試驗不能使用有證參考物質進行能力驗證試驗，缺乏統一的比對標準，所以不能開展能力驗證活動。本文以電子元器件破壞性物理分析（DPA）試驗時進行的破壞性鍵合強度試驗的能力驗證為例，開展破壞性試驗能力驗證方法研究。

2破壞性鍵合強度試驗能力驗證方法

進行破壞性鍵合強度試驗時，每根鍵合絲只能進行一次引線鍵合強度測試，所以無法使用同一個樣品進行能力驗證試驗，因此需選用一致性較好的樣品提供給不同試驗單位。

2.1樣品選擇

電子元器件封裝形式主要分為塑料封裝、陶瓷封裝和金屬封裝，其中塑料封裝集成電路的引線鍵合強度試驗需要去包封樹脂而容易引入缺陷，因此僅用作工程觀察并且僅作為信息記錄，不作為一致性或非一致性的統計。為保證提供給各家實驗室的檢測樣品之間的所有差別降至最小，本次能力驗證試驗樣品從陶瓷封裝或金屬封裝中進行選擇。同時，由于金屬封裝的樣品單價高，故本次引線鍵合強度能力驗證試驗采用陶瓷封裝的樣品。另外，鍵合工藝本身的引線鍵合強度是通過SPC控制在一定范圍內的[3]，故需考慮到鍵合絲本身的引線鍵合強度的差異常性帶來的偏差，所以采用的樣品鍵合絲數應盡可能多，各實驗室引線鍵合強度數據從n（n應盡可能大）根鍵合絲引線鍵合強度的測量數據進行平均后得到。最終試驗選擇AD574AKD作為樣品，見表1。

2.2方案制定

本次能力驗證試驗采用的樣品是同一批次的12位ADC，到貨后不對其進行任何篩選處理，立即委托各家實驗室進行引線鍵合強度試驗；試驗結束后對返回的各樣品進行內部目檢，檢查芯片位置的一致性；每一實驗室的測試樣品數量均為5只。試驗方法按GJB548B-2005方法2011.1引線鍵合強度（破壞性鍵合拉力試驗）試驗條件D———引線拉力（雙鍵合點）進行。為盡可能降低實驗室間的變異（包括測量方法間的變動），規定各家實驗室按照相同的試驗參數和方法進行引線鍵合強度試驗，且引線鍵合強度/剪切力測試儀需計量檢定合格。通過規定引線鍵合強度試驗參數和方法，盡可能降低實驗室間的變異（包括測量方法間的變動），但仍存在溫濕度、試驗人員試驗習慣和使用的設備等差異。鍵合絲編號情況見圖1，鍵合強度試驗具體參數要求見表2。驗證試驗共有7家單位參加（以A~G編號），各單位使用的引線鍵合強度/剪切力測試儀型號信息見表3。

3數據的處理、統計和分析

3.1數據處理

將返回的樣品進行內部目檢，芯片位置一致性較好；編號為22#的鍵合絲鍵合在陶瓷外殼芯腔底板上（各實驗室對其測試的鍵合強度值均大于鍵合于芯片的鍵合絲），為保證引線鍵合強度試驗對象的一致性，本次能力驗證試驗數據不統計該鍵合強度值；各實驗室在進行引線鍵合強度試驗時均未發現脫鍵合情況，且鍵合絲脫離模式主要為內頸縮點斷裂（比例統計見表4）；各實驗室引線鍵合強度值的分布直方圖見圖2，X軸為力值區間，Y軸為引線鍵合強度試驗在該力值區間的測試數量。圖2各實驗室引線鍵合強度值的分布直方圖由各實驗室引線鍵合強度值的分布直方圖可以看出，除B實驗室外其余實驗室的測試數據均符合正態分布。將各實驗室引線鍵合強度測試數據的平均值進行統計，公式如下：X=ni=1ΣXin（1）n：測試數據總數；Xi：具體測試值，i=1,2,3……n。各實驗室引線鍵合強度試驗數據見表4。

3.2數據的統計

涉及引用的統計量[6]見CNAS-GL02：2006《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》。（1）結果數(N)：從一個特定檢測中得到的結果總數。

（2）中位值(M)：一組數據的中間值。

（3）高四分位數值(Q3)：如果將能力驗證計劃的N個結果按由小到大的順序排列，數據組中有四分之一數據比它大。

（4）低四分位數值(Q1)：如果將能力驗證計劃的N個結果按由小到大的順序排列，數據組中有四分之一數據比它小。

（5）四分位間距（IQR）：低四分位數值和高四分位數值的差值，即IQR=Q3-Q1。

（6）標準化四分位數間距(標準化IQR)：表示數據分散程度的量度，類似于標準偏差，標準化IQR=0.7413×IQR，系數0.7413，是從標準正態分布導出。

（7）穩健變異系數(穩健CV)：標準化IQR除以中位值，并用百分比表示。即CV=標準化IQR/中位值(M)×100%。

（8）最大值：一組結果中的最高值。

（9）最小值：一組結果中的最低值。

（10）極差：最大值減去最小值。總體統計量見表5。

3.3數據分析與評價

采用Z比分數來評判各實驗室結果，并驗證本實驗室引線鍵合強度試驗的能力是否準確。Z比分數公式如下：Z=X軍-M標準IQR（2）評價方法：|Z|≤2，為滿意結果；2＜|Z|＜3，為有問題結果；|Z|≥3，為不滿意結果。各實驗室Z比分數如下：A實驗室|ZA|=(4.811-4.811)/0.598=0，B實驗室|ZB|=(6.159-4.811)/0.598=2.254，C實驗室|ZC|=（5.828-4.811）/0.598=1.701，D實驗室|ZD|=（5.261-4.811）/0.598=0.752，E實驗室|ZE|=（4.746-4.811）/0.598=0.109，F實驗室|ZF|=（4.699-4.811）/0.598=0.187，G實驗室|ZG|=（4.729-4.811）/0.598=0.137。根據表6可知B實驗室的引線鍵合強度試驗結果為有問題結果，其余實驗室試驗結果為滿意結果；返回查看各實驗室引線鍵合強度值數據，B實驗室的測試數據不符合正態分布，說明該實驗室的試驗結果確實存在一定問題。在電子元器件破壞性物理分析（DPA）試驗時，通過破壞性鍵合強度試驗的能力驗證方案的制定與實施，研究了破壞性試驗項目進行能力驗證試驗的方法。

4結論

破壞性試驗項目能力驗證的標準值由一輪驗證計劃所得數據確定，該標準值可用于確定某實驗室在本次能力驗證計劃中檢測數據與整體水平的接近程度和重復性。對各實驗室的結果采用穩健統計的方法計算其中中位值及標準化四分位距，用Z比分數來評判各實驗室結果，可以為往后在實驗室間進行破壞性試驗的能力驗證活動提供一定的參考。

參考文獻：

[1]張鵬杰.實驗室能力驗證結果利用的思考[J].冶金分析，2012，06：171-176.

[2]王海舟，胡洛翡，羅倩華，孔鑫鑫，李小佳.能力驗證結果穩健統計值與有證參考物質認定值的符合性比較研究[J].冶金分析，2010，11:1-5.

[3]李孝軒，丁友石，嚴偉.SPC用于金絲鍵合質量控制的研究[C].第十二屆全國LED產業研討與學術會議論文集，2010，04.

[4]劉春芝，賀玲，劉笛.鍵合拉力測試點對鍵合拉力的影響[J].電子與封裝，2008，8（5）：9-11.

[5]黃強，郭大琪，丁榮崢，張國華.雙鍵合點破壞性引線鍵合拉力試驗的測量誤差分析[J].電子與封裝，2003，3（9）：13-16.

[6]中國合格評定國家認可委員會.CNAS-GL02:2006能力驗證結果的統計處理和能力評價指南[S].

作者:楊城 譚晨 王伯淳 單位:湖北航天技術研究院計量測試技術研究所