通讯是我们日常生活中如此重要的一部份,手机以及其他无线装置的可靠度已经变得非常关键;这似乎一直是军事与航天装置的特性,但这类应用已经不再独占对高可靠度的要求。

美国通讯零组件厂商Communications & Power Industries (CPI)的Beverly Microwave事业群资深工程项目经理Chandra Gupta,在9月中旬于麻省理工学院林肯实验室(MIT Lincoln Labs)对来自IEEE Reliability Society波士顿分会(Boston chapter)的成员发表专题演说时表示,工程师们有责任将可靠度纳入RF组件的设计与测试之中。

尺寸、重量、功率与成本(Size, weight, power, and cost;SwaP-C)的要求让可靠的RF组件设计任务变得前所未有的艰难,Gupta表示:「所有东西都变得很薄、很小,但你没办法把什么变不见;更小的尺寸会导致更高的电流密度。」

「一切会因为组件物理学而失败;」他接着表示,那些设计失败原因来自于电迁移、热载子注入效应(hot-carrier injection effects)、腐蚀效应(galvanic effects)、运作温度过高、晶须生长(whisker growth)、静电放电(ESD)以及过度电性应力(EOS)等:「我们想让组件能维持长时间使用,」而这都是与电迁移相关的平均故障间隔时间(MTTF),公式如下:

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焊接也会导致缺陷;因为在焊接过程中,来自各个空隙(void,即金属内部的间隙)之金属扩散(metals diffuse)可能会增加,更纤薄的打线也会产生空隙。这些问题在wire-to-pad接合过程中发生,导致电路断开;这是线宽的函数,而现在线宽已经小至0.6毫米。Gupta表示:「在打线宽度为2毫米的时候我们并没有看过这种空隙问题。」

2.5D与3D封装,还有低间距球门阵列(low-pitch ball-grids)也带来其他问题;Gupta表示,3DIC采用硅穿孔来连结,这会产生潜在的弱点。

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ESD是一个特别棘手的可靠度问题,因为其效应不一定会马上显现;组件内来自ESD的电流强度可能不致于烧毁组件,但会导致组件弱化,而这种问题得在组件使用中才看得到,有时还需要一段长时间。EOS问题则得看干扰源的脉冲宽度;Gupta表示在测试组件时会限制EOS脉冲持续10ms,而100ms以上的脉冲可能导致组件烧起来。

除了组件的可靠度,Gupta还对组件的修改以及淘汰提出警告;他举例指出,组件「升级」或是为了节省成本会影响到零组件的可靠度:「要特别注意采购的组件并管理你的供应链。

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(原文发表于Aspencore旗下EDN姐妹媒体EETimes,参考链接:eetimes;Judith Cheng编译)

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