Teledyne e2v微处理器：?可靠性的差异

品慧电子讯今天让我们进??场技术问答?赛。准备好了吗？你能在15秒内列举出关键?运算量系统（如飞?电?、宇航和国防系统）的最关键的需求吗？

你的回答是否包括这些答案：长寿命，可靠性，满?严苛环境的要求，扩展的?命周期......？

这是?个好的开始！

在超过35年?，Teledyne e2v?直成功地为世界上的飞?电?、宇航和国防的客户（包括空客、波?、NASA、ESA等）提供?代??代的?可靠性微处理器。

在这篇?章?，我们?先会列出宇航和国防客户最关键的需求，然后详细阐述Teledyne e2v的微处理器是如何完美地满?这些?可靠性的需求，接着深?介绍这些?可靠性微处理器的质量认证。

扩展温度范围的电?产品和机械产品的完整性

与我们?活中常见的产品如汽车和?机不同，飞?电?、宇航和国防系统被设计为能?作在更极端的条件下。

很容易理解，扩展的温度范围是?要的要求。

在10000米/35000英尺?度巡航的飞机和在地球阴影下的卫星都暴露在远低于冰点的温度中。虽然电?系统被很好地保护，他们在这种超低温的条件下的?为必须能够被很好的预测。

另???，系统必须能在由?标应?特点决定的极热的条件下正常?作：其原因可能是受限的环境（?如板?的布局）、可靠性要求?风扇设计或确保系统在最坏条件下依然能?作。

图 1: 飞?电?、宇航和国防的温度需求 vs ?业级

这种需求会影响电?器件的设计，从?兼容宽温度范围，如-55℃到125℃（有时叫做军级），如图1所?。

焊球

焊球也是航空、航天和国防客户的关键议题。在集成电路的封装中，焊球是器件底部的接触?络，?于焊接在印制电路板(PCB)上。

系统制造商多年来?直使?锡铅球（也叫作Sn-Pb)，对此有丰富的经验。?直以来，铅被认为可以减弱锡须的形成，虽然其具体的机制?直?法知晓。为了与其他不含铅的焊球区分，这些含铅的焊球被标注为Tin-Lead或SnPb。

关于限制使?某些有害成分的指令(RoHS)限制在?多数消费类产品中使?铅，催?了锡银铜焊接?艺的应?，这种?艺也叫作?铅或RoHS。

多年来，电?元器件包括微处理器的制造商?直在同时推?含铅(Sn-Pb)和?铅(RoHS)的选项，但最近?年来，只推?RoHS选项成了?种趋势。

由于?铅产品的特性尚未被完全探明，在关键的领域?如航空、航天和国防的应?中，依然不流?使??铅产品。由于客户需熟悉?铅的?艺，从含铅到?铅的转换也会增加产品周期。

图 2:焊球

今天，在欧洲?铅的普及率?美国和亚太区?，但是距离100%还很遥远。在欧洲的飞?电?和国防系统中，?铅的使?率也没到100%。

在美国和亚洲的飞?电?和国防系统中，?铅器件的普及率要低得多。

因此，继续?产和测试含铅焊球的器件，依然有很?的市场需求。

长寿命

长寿命也是飞?电?、宇航和国防系统的?个关键点，或者是?个负担，或者两者兼有。

为什么？原因如下。

在飞?电?领域，?融投资对于制造关键安全性的系统?常重要。制造、验证并使系统通过航空局的认证耗时很长（5到10年）。因此，?旦系统经过认证，飞?电?制造商希望尽可能不进?任何改动地重?这个系统。

这意味着对电?元器件的采购??，需在数?年内能采购到这些器件，以确保能够持续制造相同的经过验证的系统，?不进?任何改动。你会发现某些飞机已经很?了，但是依然满?安全性的要求。

TELEDYNE E2V?可靠性微处理器质量认证

Teledyne e2v已经?产?可靠性微处理器超过35年的时间，其关键的优点如下：

• 扩展温度范围: -55 到125℃

•提供?铅(RoHS)和含铅(SnPb)封装产品的质量保证

•长期供货 (超过15年).

• Teledyne e2v的产品?持延长的?可靠性质保

• ?持AS / EN / JIS Q 9100 (格?诺布尔, 法国)的航空认证

Teledyne e2v的?可靠性产品的质量保证包含四个主要的步骤。

让我们仔细看?下这些步骤。

?旦Teledyne e2v决定将?款新产品加??可靠性微处理器的系列中，它将遵循下?的步骤评估和认证这?产品。

1. 产品转移

第?步的关键是保证可以扩展商?微处理器的温度范围。最重要的是，获得制造商的原始测试程序并使?相同的测试设备。这使得Teledyne e2v能保证在?可靠性的温度范围(-55/125℃)内正常?作，并和原始制造商有相同的测试范围和测试质量。

Teledyne e2v?直持续投资其测试设备以保证新旧NXP微处理器的?可靠性。图3表?多年来Teledyne e2v获取和使?的不同的测试设备，以保证长期供货并引?新的处理器技术。图中在测试设备的附近还标注了相关的处理器系列。

2. 特性描述

图 3:测试设备

这个步骤的?标是确定关键参数（CPU频率、电压、功耗、SERDES和PLL等）在扩展温度范围-55到125℃是怎样的值。

- 在125℃时器件的功耗是多少？

- 在105℃以上或-55℃时PLL会锁定吗？

- 在125℃时器件能跑到最?的频率吗？

特性描述的步骤可回答这些问题，所有在扩展环境中的实际测试数据都会放在提供给?户的数据?册中。

同时，特性描述实际上使得Teledyne e2v可保证长期的供货，即使时间推移、?艺调整也能稳定制造产品和出货。

图4表明扩展温度范围(105℃到125℃）如何影响功耗。这些特性描述步骤得到的值会反映在产品的数据?册中。

图4: 功耗 vs 温度

另???，下图表明在扩展温度范围?CPU频率随电源电压的变化。上?的曲线表明Vmin跨越了Vid最?值的最?规格，因此?法保证在扩展温度范围可实现1.8GHz的频率。因此，Teledyne e2v会按照1.6GHz的规格?产，因为这个频率能满?扩展温度范围的要求。

图5: CPU频率 vs 电源电压

3. 去球/重植球

在这个阶段，Teledyne e2v复制产品的配置。

• 第?种是原始的配置，即?铅(RoHS)焊球。

• 第?种是含铅(SnPb)焊球。

这?流程可简单描述为移除焊球，然后使?另?种?属/合?植球。但是，实际上这?常的复杂，带给客户的价值也?常?。?先，某些处理器可能包含接近2000个焊球，更重要的是，Teledyne e2v完全保证去球和重植球后器件的机械和电?完整性。

客户如果??去球/重植球，会丢失原始制造商的产品质保。

我们在进?下?的实例分析之后，再来看这?点。

4. 质量保证

这个步骤是通过加速?化的实验，确保产品全?命周期的可靠性。

图6表明Teledyne e2v遵循的所有关于?可靠性微处理器的质量流程。完整的产品质量流程?般会持续4到6个?。?共有7个连续的步骤，包含4个主要的活动：

• 声学显微镜, ?于T0时检查器件的组装。它也被?于其他质量步骤之后以检查器件的完整性。

• MSL(湿度敏感度等级测试），实际上是模拟三种器件的回流焊。

• 在-55℃、25℃和125℃下的电?参数测试，以确保器件的性能，并确定器件?化时性能将如何变化。

• 可靠性测试，包含湿度测试和温度循环，也为了监控器件?化时的?为。

通常，?家会对所有的产品选项做产品质量测试，包括?铅版本和有铅版本（去球并重植球）。

图6: Teledyne e2v质量流

如果产品通过了Teledyne e2v所有的质量和认证标准，它就可被视作质量合格。

实例分析 - 去球/重植球质量流程

让我们重点看?下声学显微镜检查的重要性。假设?款微处理器器件经过去球/重植球的操作之后变成了含铅(SnPb)的器件。

在产品质量测试的第?步，将对重新植球的含铅器件进?声学显微镜检查。

图7表明同?款微处理器产品，其中??经过去球/重植球流程（选项A)，?另??经过不同的去球/重植球流程(选项B)。

图7: 去球/重植球后的封装组装完整性检查

?旦Teledyne e2v的质量测试开始，将对产品A和产品B分别做声学显微镜检查。

• 选项A: 声学显微镜表明产品在去球/重植球的过程中损坏。缺少了?部分热较，?些聚合物球分层。

• 选项B: 结果良好。

结论:

- Teledyne e2v 会进?流程B。

- 由于流程A不满?Teledyne e2v的产品完整性要求，因此不会被使?。

Teledyne e2v微处理器：?可靠性的差异

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