您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2020-10-17 15:21
一、定義
破壞性物理分析（Destructive Physical Analysis，DPA）是為驗證元器件的設計、結構、材料和制造質量是否滿足預定用途或有關規范的要求，按元器件的生產批次進行抽樣，對元器件樣品進行解剖，以及解剖前后進行一系列檢驗和分析的全過程。
二、DPA的目的
DPA是對合格品的分析，是采用與失效分析相似的技術方法，分析評估特性良好的元器件是否存在影響可靠性的缺陷，是一種對批質量的評價。工廠在最后一道工序中，對合格品進行分析，很容易在早期發現制造工藝中的異常情況，有利于改進工藝提高產品質量。用戶采用DPA控制技術可驗證和評價元器件的質量，發現可能會影響性能、可靠性的異常情況，確保裝機元器件質量。
DPA是借助于失效分析的一些手段，并以預防失效為目的而發展起來的， 對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注，許多部門和工程單位制定了相應的DPA標準和規范。
三、DPA的意義
可靠性設計工作必須遵循“預防為主、早期投入”的方針，將預防、發現和糾正可靠性設計及元器件、材料和工藝方法的缺陷作為工作重點，采用成熟的設計和行之有效的可靠性分析、試驗技術，以保證和提高武器裝備的固有可靠性。進行早期投入可以取得事半功倍的效果，可以降低全壽命費用（全壽命費用＝研制費＋生產費＋使用維修費）。
DPA就是遵循“預防為主、早期投入”的方針，對重要的元器件在投入使用之前，按生產批次對元器抽樣件進行DPA，剔除不合格的、有缺陷的批次，確保符合質量要求裝機使用，保證系統的可靠性。
根據DPA的結果信息可以拒收在生產中有明顯缺陷或潛在缺陷的批次，對異常的批次采取適當的處理措施，并對元器件在設計、材料或工藝等方面提出改進措施。可有效地防止有明顯或潛在缺陷的元器件裝機使用，保證符合質量要求的元器件裝機，降低了在系統試驗和現場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在以下幾個方面：
（1）確定在設計及制造過程的中存在的偏離和工藝缺陷，提出改進措施。
（2）檢驗、驗證供貨方元器件的質量。
（3）防止具有明顯或潛在缺陷的元器件裝機使用。
四、DPA工作的適用范圍及時機
什么情況下的元器件需要進行DPA？
何時進行DPA？
這些通常都在型號的DPA規范文件中規定。進行DPA主要有以下幾種情況：
（1）應用于高可靠性要求領域中元器件，如航天、航空及軍用要求。
（2）在電子產品或設備中，列為關鍵件或重要件的元器件，如果它們失效，可能會造成產品故障或影響任務的完成。
（3）其質量等級低于規定要求的元器件。
（4）超出規定的貯存時間的元器件。
（5）對已裝機的元器件需要進行質量復驗。
進行DPA的時機，主要有以下幾種情況：
（1）產品質量鑒定時，即包括國家授權的鑒定機構的鑒定也包括使用方的鑒定。
（2）產品驗收時進行，即在訂貨合同中，提出DPA，下廠驗收時，使用方可 現場監督生產方進行DPA，或生產廠家出廠供貨前，由有資質的第三方實驗室 進行DPA，合格后才能供貨。
（3）元器件到貨后，在裝機之前進行DPA，并結合二次（補充）篩選，可以起到很好的質量復驗作用。
（4）對于超過規定貯存期元器件的質量復驗，按GJB/Z123《宇航用電子元器件有效貯存期及超期復驗指南》的規定要求進行DPA。
五、DPA工作的方法和程序
1、型號DPA工作全過程流程
DPA軍用標準為：GJB4027A《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》。在實標工作中，可根據需要進行適當的增加和剪裁，包括抽樣數量和試驗項目等都可做適當的增加和剪裁。
型號中的元器件管理文器件件中明確了必須進行DPA的要求，并制訂相應的DPA規范，確立了進行DPA的元器件種類、抽樣方案、 試驗項目、依照的標準等要求。
DPA的試驗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是通過對抽樣樣品的分析來得出整批的器件質量水平，所以試驗時應按照程序小心進行，防止因錯誤操作而導致期間出現缺陷和不合格，對整批器件質量狀況進行誤判，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，必須抽樣進行，應在生產批次中隨機抽樣，經有關機構批準，也可選最能暴露缺陷的元器件作為DPA樣品。在生產方和使用方同意時，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
抽樣結果將用于批質量評價，因此就有可能將不合格批誤判為合格批的風險， 加大樣品大小將有利于減少誤判風險，但受到經費的制約，樣品大小不可能過大。
樣本大小應以滿足DPA的檢驗項目的需要量為前提，GJB 4027A中規定， 對于一般元器件為生產批總數的2%，但不少于5只也不多于10只；對于結構復雜的元器件，樣本大小應為生產批總數的1%，但不少于2只也不多于5只；對于價格昂貴或批量很少的元器件，樣本大小可適當減少，但應經有關機構批 準。有關機構包括鑒定機構、采購機構或元器件使用方。
在產品鑒定時，抽樣應按GJB 4027A的要求進行，不應減少。
在非產品鑒定時可根據采購的數量、可靠性要求，可對樣本大小進行適當的剪裁。
（2）重新抽樣
若第一次 DPA由于設備故障或操作人員失誤等與被檢元器件無關的因素而導致未得出結論時，DPA責任單位應在查明原因采取糾正措施后，再重新抽 樣進行 DPA（適用時，可根據具體情況對檢驗項目進行剪裁）。
若第一次DPA未得出明確結論或結論為可疑時，應重新抽樣，重新進行DPA。必要時應加大樣本大小，適用時可根據具體情況對檢驗項目進行剪裁。
2、DPA試驗項目和程序
GJB 4027A《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》規定了各類元器件DPA的方法，元器件共分16大類，49小類，標準中涉及的DPA試驗項目共18個。
各類元器件因其種類、結構、生產工藝存在著很大的差異，DPA的試驗項目也不盡相同，試驗方法和檢查內容等有著很大的差異。如半導體器件類的試驗項目較多，元件類試驗項目就較少。
密封型半導體器件（包括單片集成電路、混合集成電路和半導體分立器件） 的DPA項目通常是9個項目：外部目檢、X射線檢查、顆粒碰撞噪聲檢測（PIND）、密封、內部水汽含量分析、內部目檢、掃描電鏡檢查（SEM）、鍵合強度和剪切強度。
電阻器、電容器等元件一般是三四個項目：外部目檢、引出端強度、內部目檢制樣鏡檢。
以單片集成電路為例，分為密封半導體集成電路和塑封半導體集成電路，其工作項目號分別為1101和ll03，因封裝結構不同，其DPA試驗項目有很大的差異。
（1 ）密封型單片集成電路的DPA試驗程序
密封型單片集成電路的DPA的試驗項目、主要檢查內容、試驗方法號、可以發現的缺陷及可預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、密封等非效破壞性的試驗，后續的試驗為破壞性試驗，應按順序進行，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的試驗項目、主要檢查內容、試驗方法號、可以發現的缺陷及可預防的失效模式見下表，其中外部目檢、X射線檢查聲學掃描顯微鏡檢查等為非破壞性的試驗。
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項目中 沒有了與空腔結構有關的試驗，如PINO、密封、內部水汽含量分析，而增加了所特有的聲學掃描顯微鏡檢查(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（獨石）電容器、片式固體電解質鉅電容器，主要需要對元件內部結構和電極進行剖面制樣檢查。片式元件的DPA的試驗項目見下表。
| 序號 | 試驗項目 | 可以發現的缺陷 |
| 1 | 外部目檢 | 基體表面的裂紋、端電極缺陷、錯誤標識 |
| 2 | 制作鏡檢 | 基本內部缺陷 |
（4）半導體分立器件的DPA程序
GJB4027A將分立器件根據結構特點進行了細化，和玻璃即分為鈍化封裝三種。
工作項目1001：無鍵合引線軸向引線玻璃夕二極管。
工作項目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構特點進行，可操作性較強大。首先按是否有鍵合目前絲來區分的分法，如無鍵合絲則根據封裝材料和等予以區分。半導體分立器件的DPA程序見下表。
二極管因其結構多樣性，內部目檢的具體實施過程有所不同，有時需對樣品進行制備。應注意，目前標準的工作項目1001中，只對二極管進行機械切割或化學方法去除玻璃（包封），際操使芯作中片可暴露，但對芯片粘接質量的檢查要求沒明確判據，如用戶需要，在實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接觸結構，工作項目1001和1002中所對應的有些結構的掃描電鏡（SEM）適用性不大，如需要，建議委托方加強監制或在封帽前進行SEM。
3、DPA試驗項目裁剪
在型號DPA工作中，可根據可靠性的需要”，對試驗項目、樣本大小進行裁減。目前工程型號采用最多的為“常規六項DPA”，即為剪裁后的密封型半導體器件的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試驗程序分別見下表。
六、DPA結論和不合格處理
在GJB4027A中規定，外形、裝配、功能或工藝不符合規定的要求即構成缺陷，當DPA用于批質量評價時，除非另有說明，元器件的缺陷將作為批拒收的依據。
根據GJB4027A規定，破壞性物理分析結論分為以下四類。
（1）DPA中未發現缺陷或異常情況時，其結論為合格。
（2）DPA中未發現缺陷或異常情況，但樣品大小小于相關規定，其結論為樣品通過。
（3）DPA中發現相關標準中的拒收缺陷時，其結論為不合格，但結論中應說明缺陷的屬性（如批次性缺陷或可篩選缺陷）。
（4）DPA中僅發現異常情況時，其結論為可疑或可疑批，依據可疑點可繼續進行DPA。
在實際工程應用中，如果將DPA中中發現的元器件缺陷都批拒收，則可能過于嚴格，應分析缺陷的性質，凡是具有以下條件之一的缺陷，可構成了批拒收缺陷。
（1）缺陷屬于致命缺陷或嚴重缺陷。
（2）具有批次性的缺陷。
（3）具有發展性的（如鋁腐蝕等）且難以篩選的缺陷。
（4）嚴重超過定量合格判據的缺陷。
對DPA不合格批的處理應根據缺陷的性質，及DPA的不同用途而定。下面是在工程中對DPA不合格批所采取的處理方法。
（1）鑒定時。在鑒定時進行的DPA中，如發現了拒收的缺陷應按鑒定DPA不通過處。
（2）驗收時。在驗收時進行的DPA中，如發現了批拒收的缺陷應按整批拒收處理。加倍抽樣再進行一只有當發現的缺陷是可篩選的缺陷，可允許生產方進行針對性篩選后加倍抽樣再進行一次DPA，如果不再發現任何缺陷，可按通過DPA的元器件處理。
（3）復驗時。在復驗時進行的DPA中，如發現了批拒收的缺陷應按整批報廢處理；當發現了可篩選的缺陷，應進行針對篩選后，加倍抽樣再進行一次DPA，如果不再發現任何缺陷時，可按通過DPA的元器件處理。
（4）已裝機元器件的質量驗證時。在已裝機元器件的質量驗證的DPA中，如發現了批拒收缺陷，一般應對已裝機同生在已裝機元器件的質量驗證件作整批更換處理。當器件的損壞，不致導致型號任務的失敗或嚴重影響型號任務的可靠性，也可不作整批更換處理。
來源：國防工業出版社《電子元
