塑封器件在高可靠性领域如何选用及使用？

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NASA发布的PEM-INST-001《塑封器件（PEM）选择、筛选和鉴定说明》指出：“对每次使用的商用塑封器件均会对其热、机械和辐射影响进行彻底评估，确认是否可以满足任务需求，同时在没有相应的军用微电子器件替代品时，允许在航天项目中使用塑封器件，不过需要承担更高的风险。”那么，如何降低塑封器件的使用风险，可以从以下两个方面进行考虑。

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塑封器件的一般选用要求从塑封器件的功能性（包括性能参数、尺寸、重量等）、可获得性等方面，充分评估塑封器件应用的必要性； 然后根据装备产品的应用环境（包括环境应力、温度应力、机械应力、抗干扰、辐射等条件）及可靠性要求，确定风险等级，调研塑封器件的型号规格、制造信息、供货渠道等； 优先从相关的优选目录（规格、型号及制造商）中选择合适的塑封器件；确定所选塑封器件的工艺结构、封装形式和安装方式、引出端材料和辐照加固保证等级； 运用电子设备可靠性预计方法（MIL-HDBK-217），对所选取塑封器件的质量等级进行初评，以确定所选塑封器件的正确性（质量等级偏低或过高）和合理性。必要时应对所选塑封器件进行筛选、破坏性物理分析、鉴定检验、质量一致性检验等质量评价，以确定器件的适用性。
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1器件标识

塑封器件的识别号标识其技术状态。不同器件承研单位均有自己的识别号定义规则，但所标识技术状态的主要内容应包括质量等级、封装形式、辐射加固保证等级、抗静电能力、潮湿敏感度等级等内容。

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2质量等级

器件的质量等级取决于所用在电子设备的可靠性指标。先初步确定质量等级，再借助电子设备可靠性预计检验质量等级确定结果的正确性及合理性。

美军标元器件质量分级MIL-HDBK-217

美军标微电子器件质量等级与质量系数MIL-HDBK-217

3封装形式

器件封装形式的选择依据是电子装备对于塑封器件尺寸、重量、安装方式及可靠性要求综合考虑的结果，封装形式应体现封装结构与关键特征，同时还需考虑应用部位的总体结构和组装要求，复杂程度及封装形式的不同，失效率也不相同。

4辐射加固保证等级

目前，大多数塑封器件还只是应用在火箭或货运飞船的近地轨道、短周期任务，因此主要考核器件承受发射阶段的温度、机械应力的能力，而不需要考核抗辐射能力。不过也可以按MIL-STD-883方法1019进行辐射总剂量评估。

辐射加固保证等级

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5抗静电能力

如待选器件为静电敏感器件，通常应选择静电敏感度等级为2级及以上的器件；如待选的器件未标明静电敏感度等级，必要时应按MIL-STD-883方法3015进行静电放电敏感度的分级试验。

器件的ESD失效阈值分级

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6潮湿敏感度等级

根据塑封器件允许暴露时间选择相应潮湿敏感度等级的塑封器件，通常应选择潮湿敏感度等级为3级及以上的器件；若待选的塑封器件未标明潮湿敏感度等级，必要时应按J-STD-033从认为可通过的最低潮湿敏感度等级开始分级试验。

潮湿敏感度等级（MSL）

7选用注意事项

没有通过合格制造厂生产线认证的生产线生产的器件，而市场上又没有可替代仅限于应用在功能性能需要，或是应用在可以接受高风险的电子设备中；为确保采购塑封器件的质量，必须加强原厂或授权代理商的可追溯及入厂检验控制，杜绝伪劣塑封器件进入供应链。

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塑封器件的一般应用要求

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1降额使用

塑封器件在实际使用过程中，为防止失效，应避免长期处在额定状态，以达到延缓器件参数退化提高使用可靠性的目的，尤其是应用在重要性或关键性的场合下更是如此，因此为了提高塑封器件的应用可靠性应进行合理的降额使用，如EEE-INST-002对于塑封器件降额的要求见下表所示。

塑封器件降额要求

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2冗余设计

电子装备设计时，应充分了解所选用塑封器件的性能指标范围（包括功能、重量、尺寸、工作温度、安装方式等），进行容差设计。

3热设计

温度是影响塑封器件失效的重要因素之一。温度对失效率的影响可以通过温度应力系数（πT）表示，并随不同器件的类型和封装形式而异，因此对于热设计可以考虑如下几点要求：

• 优先选用高导热设计或具有热沉散热的塑封器件；
• 在满足装备要求的基础上，给安装板预留更多的空间，从而降低塑封器件安装密度，充分散热；
• 对选用MSL等级相对应的塑封器件进行回流焊试验评估。
  
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4辐射加固设计

对于塑封器件，应根据其应用装备的辐射环境（如轨道、寿命和屏蔽等），以不增加电子装备的结构重量和设计复杂性为前提，确定辐射加固保证等级。

• 优先选择抗辐射的芯片，抗辐射设计时应采用适当的屏蔽方法；
• 选用的塑封器件应可提供辐射试验特性数据。
  
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5电磁兼容设计

装备设计应满足信号完整性和电源完整性要求。对于工作频率较高的塑封器件，可能会给其它器件带来串扰，需要远离对信号完整性要求较高的器件。

6防潮处理

应选用满足环境应用要求的潮湿敏感分类等级的塑封器件。

• 改善器件的贮存环境，采用抽真空防潮包装贮存器件，避免器件长期暴露在大气中吸附潮气从而降低使用寿命和可靠性。
• 塑封器件开袋后装机前，不要超过该器件潮湿敏感分类等级规定的最长暴露时间。
• 塑封器件在焊接安装之前应进行烘干处理，充分去除器件内部的潮气，避免因器件内部潮气导致焊接过程中出现“爆米花效应”。
• 做好器件焊装之后的防护工作，避免器件焊装后暴露在空气之中的时间太长而受潮失效。
• 回收退库的器件要先进行烘干处理，再密封后在规定的环境中贮存，并记录密封日期。
  
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7应用验证

对使用的塑封器件应按下列情况进行应用验证。

• 器件首次在电子设备上应用；
• 器件技术状态发生变更，影响使用中的电性能和可靠性；
• 器件出现重大质量问题，需重新进行评价；
• 器件缺乏满足电子设备要求的论据和其他情况。
  
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