楊 城，王伯淳，譚 晨，張 吉，馬清桃，潘凌宇

（湖北航天技術(shù)研究院計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，湖北 孝感 432100）

1 引言

能力驗(yàn)證是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)來判定實(shí)驗(yàn)室和檢查機(jī)構(gòu)能力的活動(dòng)。其主要用途就是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室能否勝任進(jìn)行檢測(cè)的能力；換句話說，參加能力驗(yàn)證計(jì)劃為實(shí)驗(yàn)室提供了一個(gè)評(píng)估和證明其出具數(shù)據(jù)可靠性的客觀手段。隨著實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的開展，能力驗(yàn)證越來越得到認(rèn)可機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室的重

視[1]。

CNAS-CL01：2006《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》第5.9條要求，為控制實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，維持實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力，實(shí)驗(yàn)室必須對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量控制，實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)是其中的重要方法之一[2]。

目前，本實(shí)驗(yàn)室的鍵合強(qiáng)度/剪切力測(cè)試儀（生產(chǎn)廠家為ROYCE，型號(hào)為ROYCE 650）經(jīng)檢定合格后已正常進(jìn)行鍵合強(qiáng)度和剪切力強(qiáng)度試驗(yàn)近一年，試驗(yàn)人員已熟練掌握鍵合強(qiáng)度/剪切力測(cè)試儀的操作和使用方法。本次鍵合強(qiáng)度能力驗(yàn)證試驗(yàn)由本實(shí)驗(yàn)室按照標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，委托6家已獲得相關(guān)資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)，然后將本實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果與其他實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)來判定本實(shí)驗(yàn)室在鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)上的能力，并評(píng)價(jià)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果的滿意程度。

2 能力驗(yàn)證試驗(yàn)樣品選擇及方案制定

2.1 樣品選擇

電子元器件在進(jìn)行鑒定檢驗(yàn)、質(zhì)量一致性檢驗(yàn)和DPA（破壞性物理分析）試驗(yàn)時(shí)，均要求進(jìn)行鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)，但鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)屬于破壞性試驗(yàn)，每一根鍵合絲只能進(jìn)行一次鍵合強(qiáng)度測(cè)試，即只能獲得單一鍵合絲的單個(gè)結(jié)果。

作為本次鍵合強(qiáng)度能力驗(yàn)證試驗(yàn)執(zhí)行方，提供給各家實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)樣品之間的所有差別應(yīng)降至最小，電子元器件封裝形式主要分為塑料封裝、陶瓷封裝、金屬封裝和金屬陶瓷封裝幾種類型，其中塑料封裝集成電路的鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)僅用作工程觀察并且僅作為信息記錄，而不作為一致性或非一致性的統(tǒng)計(jì)，所以本次樣品封裝形式選擇陶瓷封裝、金屬封裝和金屬陶瓷封裝。同時(shí)，為降低開帽引入的差別，本次鍵合強(qiáng)度能力驗(yàn)證試驗(yàn)采用的樣品封裝形式為金屬陶瓷封裝；另外，鍵合工藝本身的鍵合強(qiáng)度是通過SPC控制在一定的范圍內(nèi)[3]，故需考慮到鍵合絲本身鍵合強(qiáng)度的差異常性帶來的偏差，所以采用的樣品鍵合絲數(shù)應(yīng)盡可能多，各實(shí)驗(yàn)室鍵合強(qiáng)度數(shù)據(jù)從n（n應(yīng)盡可能大）根鍵合絲鍵合強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù)平均得到。

結(jié)合價(jià)值工程，選擇AD574AKD作為本次試驗(yàn)的樣品，試驗(yàn)樣品情況見表1。

表1 試驗(yàn)樣品情況

2.2 方案制定

實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)采用的樣品是同一批次、同一狀態(tài)的12位ADC，樣品到貨后，不對(duì)其進(jìn)行任何篩選處理，立即委托各家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試樣品數(shù)量均為5只。

通過將被試樣品之間的差異降至最低，本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的變異性主要有兩個(gè)來源：實(shí)驗(yàn)室間的變異（包括測(cè)量方法間的變動(dòng)）和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的變異。因參加本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室在鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)上經(jīng)驗(yàn)豐富并具有相關(guān)的資質(zhì)，且本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)的目的為評(píng)價(jià)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室間鍵合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的滿意程度，所以可不考慮實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的變異。

本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)方法按GJB548B-2005的方法2011.1鍵合強(qiáng)度（破壞性鍵合拉力試驗(yàn)）試驗(yàn)條件D——引線拉力（雙鍵合點(diǎn)）進(jìn)行。同時(shí)，為盡可能降低實(shí)驗(yàn)室間的變異（包括測(cè)量方法間的變動(dòng)），規(guī)定各家實(shí)驗(yàn)室按照相同的試驗(yàn)參數(shù)和方法進(jìn)行鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)，且鍵合強(qiáng)度/剪切力測(cè)試儀需計(jì)量檢定合格。通過規(guī)定鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)參數(shù)和方法，盡可能降低了實(shí)驗(yàn)室間的變異（包括測(cè)量方法間的變動(dòng)），但仍存在溫濕度、試驗(yàn)人員的試驗(yàn)習(xí)慣和使用的設(shè)備等差異。鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)具體參數(shù)要求見表2。

表2 鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)具體參數(shù)要求

本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)共有7家單位參加，為方便數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，對(duì)各單位進(jìn)行編號(hào)，并統(tǒng)計(jì)各單位使用的鍵合強(qiáng)度/剪切力測(cè)試儀型號(hào)，試驗(yàn)單位信息見表3。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

3.1 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

將各實(shí)驗(yàn)室鍵合強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)的均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均值計(jì)算公式如下：

其中n為測(cè)試數(shù)據(jù)總數(shù)；Xi為具體測(cè)試值，i=1,2,3……n。

各實(shí)驗(yàn)室鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)平均值統(tǒng)計(jì)表見表4。

表3 試驗(yàn)單位信息

表4 鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)平均值統(tǒng)計(jì)表

3.2 數(shù)據(jù)的處理

涉及的統(tǒng)計(jì)量解釋[4]：

（1）結(jié)果數(shù)（N）：從一個(gè)特定檢測(cè)中得到的結(jié)果總數(shù)，本次進(jìn)行鍵合強(qiáng)度能力驗(yàn)證試驗(yàn)的單位共有7家，所以N=7。

（2）中位值（M）：中位值是一組數(shù)據(jù)的中間值，即有一半的結(jié)果高于它，一半的結(jié)果低于它。當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)，那么中位值是一個(gè)單一的中心值，即X[N+1]/2；當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，那么中位值是兩個(gè)中心值的平均，即｛XN/2+X[(N/2)+1]｝/2（按由小到大的順序排列）。

（3）高四分位數(shù)值（Q3）：如果將能力驗(yàn)證計(jì)劃的N個(gè)結(jié)果按由小到大的順序排列，數(shù)據(jù)組中有四分之一數(shù)據(jù)比它大，Q3的次序量為[3N+1]/4（按由小到大的順序排列）。

（4）低四分位數(shù)值（Q1）：如果將能力驗(yàn)證計(jì)劃的N個(gè)結(jié)果按由小到大的順序排列，數(shù)據(jù)組中有四分之一數(shù)據(jù)比它小，Q1的次序量為[N+3]/4（按由小到大的順序排列）。

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

（6）標(biāo)準(zhǔn)化四分位數(shù)間距（標(biāo)準(zhǔn)化IQR）：是表示數(shù)據(jù)分散程度的量度，類似于標(biāo)準(zhǔn)偏差，標(biāo)準(zhǔn)化IQR =0.7413×IQR，系數(shù)0.7413是從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布導(dǎo)出。

（7）穩(wěn)健變異系數(shù)（穩(wěn)健CV）：等于標(biāo)準(zhǔn)化IQR除以中位值，并用百分比表示。即CV=標(biāo)準(zhǔn)化IQR/中位值（M）×100%。

（8）最大值：一組結(jié)果中的最高值。

（9）最小值：一組結(jié)果中的最低值。

（10）極差：最大值減去最小值。

總體統(tǒng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)表見表5。

表5 總體統(tǒng)計(jì)量表

3.3 數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

本次采用Z比分?jǐn)?shù)來評(píng)判各實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，并驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)室鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)的能力是否準(zhǔn)確。

Z比分?jǐn)?shù)公式為：

評(píng)價(jià)方法：|Z|≤ 2，為滿意結(jié)果；2＜ |Z|＜ 3，為有問題結(jié)果；|Z|≥3，為不滿意結(jié)果。

各實(shí)驗(yàn)室Z比分?jǐn)?shù)計(jì)算：

A 實(shí)驗(yàn)室：|ZA|=（4.905-4.905）/0.411644=0；B 實(shí)驗(yàn)室：|ZB|=（6.163-4.905）/0.411644=3.056；C 實(shí)驗(yàn)室：|ZC|=（5.912-4.905）/0.411644=2.446；D 實(shí)驗(yàn)室：|ZD|=（5.3846-4.905）/0.411644=1.165；E實(shí)驗(yàn)室：|ZE|=（4.816-4.905）/0.411644=0.216；F實(shí)驗(yàn)室：|ZF|=（4.789-4.905）/0.411644=0.282；G 實(shí)驗(yàn)室：|ZG|=（4.8427-4.905）/0.411644=0.151。

表6 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

由表6我們得到B和C實(shí)驗(yàn)室的鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果為有問題結(jié)果，其余實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果為滿意結(jié)果；本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)雖然在比對(duì)方案制定方面存在一定的不足，但在一定程度上客觀反映了各實(shí)驗(yàn)室在鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)方面的能力，其中A實(shí)驗(yàn)室的Z比分?jǐn)?shù)為0，表明A實(shí)驗(yàn)室在鍵合強(qiáng)度這一試驗(yàn)項(xiàng)目上已具備了令人滿意的試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

參與本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)的各實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的差異。通過分析，本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果變異性的主要來源是溫濕度差異、試驗(yàn)人員的試驗(yàn)習(xí)慣或使用設(shè)備的差異等。由于溫濕度差異對(duì)鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果基本無影響，且使用的設(shè)備均經(jīng)過校準(zhǔn)檢定，所以鍵合強(qiáng)度能力驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目組認(rèn)為造成本次試驗(yàn)結(jié)果差異性的原因?yàn)樵囼?yàn)人員的試驗(yàn)習(xí)慣。

研究表明，鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)選擇[5]和鍵合絲長(zhǎng)度等[6]對(duì)鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果存在較大的影響。

4 結(jié)論

（1）本實(shí)驗(yàn)室鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)?zāi)芰_(dá)標(biāo)，達(dá)到本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)的目的；

（2）本次能力驗(yàn)證試驗(yàn)在一定程度上客觀反映了各實(shí)驗(yàn)室在鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)方面的能力，同時(shí)也為各實(shí)驗(yàn)室提供了共同改進(jìn)、提高檢測(cè)能力的平臺(tái)；

（3）推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)試驗(yàn)或能力驗(yàn)證活動(dòng)的開展，特別是破壞性試驗(yàn)的比對(duì)試驗(yàn)或能力驗(yàn)證活動(dòng)。

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