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停产断档|投入2.5亿美元,美海军力保F-35电子元器件的稳定供应,长期储存可行性吗?

2016年7月下旬,美国海军与洛马公司签署了一份价值2.418亿美元的合同,后者将保障F-35用电子元器件的稳定供应。F-35是世界最新型战斗机之一,但自2000年首飞至今已有16年,其所用的多个电子元器件已停产断档。保证有可用的电子元器件已成为保证F-35等诸多武器装备正常服役的前提条件,也是海军此次授予合同的目的所在。


令人意外的是,合同金额竟高达2.5亿美元,也正说明该问题的严峻。从现有资料来看,洛马可能采取购买并长期储存的方式,因为重新设计和之后的再次验证从长远看可能更耗时耗力,且仍无法保证及时供应。因此,我们今天释放一篇探讨电子元器件长期储存可行性的文章,欢迎各位亲们分享和交流。


为庆祝建军节释放的三篇重文结束啦,军用电子元器件领域“博大精深”,希望这三篇中至少有一篇是您感兴趣的。感谢关注和分享,明天再见!


目前美军武器装备所用电子元器件的96%以上为商用现货。然而,商用现货的快速更新换代与军用装备长达数十年服役周期之间的供需矛盾,常导致大量使用商用现货的军用装备在试样或服役初期就面临无元器件可用的难题。常用应对之道包括在最后一次购买(LTB)时大量买进并长期储存、保存芯片版图在需要时重新制造、重新设计和制造等。每一种方法都有利弊,这里只对长期储存的可行性进行探讨。


基本情况

定义和储存形式

电子元器件的长期储存(LTS)一般指储存期超过12个月;但军用电子元器件的长期储存则意味着储存期需长达20年或更长。


军用电子元器件的封装形式包括气密封装、塑料封装和不封装的裸芯片三种,因此储存形式也相应分为这三种。


可靠性影响因素

电子元器件在长期储存期间发生的性能退化主要由不适宜的储存环境和不当的人为操作等原因造成。


1环境因素:包括静电、温度、湿度、污染物、氧气、太阳光或紫外光源等

2人为操作:包括摆放、震动、冲击等

3其他因素:包括封装和包装的寿命和特性等


气密封装、塑料封装和裸芯片对上述性能影响因素的抵抗力依次减弱。

1气密封装的密封性好、机械硬度大,可有效阻止湿气入侵和撞击伤害

2塑料封装除亲水性和锡须问题外,还因涉及成分众多为长期储存埋下隐患

3裸芯片直接暴露于外部环境,最易受到影响


通用储存要求

在决定对某个元器件进行长期储存后,从该元器件的采购起就应给予特别注意,包括制定储存计划、评估供应源、入场检验、建立储存日志、检查包装材料和控制储存环境六方面内容。


1根据稀缺程度对电子元器件进行归类,并制定相应储存计划

2在购买前要求供应商提供有关元器件的详细生产信息,并保持以原厂包装方式发货

3鉴别真伪和检验质量

4建立全过程储存数据日志,为器件状态确认、失效分析留存依据

5确保包装用品符合标准,如不应随时间老化、不会释放多余物质,满足静电防护要求。

6储存环境适宜可控:

Ÿ  ·典型温度:20°C±10°C,温度变化大于10°C的持续时间一般不应超过24小时

Ÿ  ·典型湿度:40-60%相对湿度

Ÿ · 静电防护:如从包装卷取元器件时,卷盘的速度应小于10毫米/秒,取出角度应处于165-180度

Ÿ  ·高纯度干燥氮气环境:最大相对湿度不超过5%、二氧化碳不超过0.04%,氯气、硫和磷均不超过0.001%

7还应避免紫外光或太阳光直射和化学污染,元器件储存位置应合理规划以减少挪动和搬运的次数,避免对元器件造成额外损害及减少不必要的质检和操作步骤等。

特殊储存要求

除通用储存要求外,塑封器件和裸芯片还需额外保护措施。


裸芯片

裸芯片应真空密封在防潮袋中,并将防潮袋置于温度为18-24°C、相对湿度小于30%、干燥的惰性气体环境中。如非真空密封包装,则需放在以2-6SCFH(标准立方英尺/小时)速率吹氮气的氮气柜中。包装和检查裸芯片的环境应遵照ISO14644-1中6或以下等级所列要求


塑封器件

湿气是塑封器件最需要防范的影响因素。标准J-STD-40中根据塑料器件待装寿命

的长短将塑封器件对湿气的敏感程度分为8个等级,如下图所示。

待装寿命指元器件在使用前离开储存环境、暴露于温度不超过30℃、相对湿度不超过60%的环境中所允许的最长时间。为保证元器件的有效,元器件从出厂之日起在测试、分装、流通等环节的累计待装时间应小于元器件待装寿命。


长期储存结果可长期存储

据美国航空航天局、QP半导体、Spansion、德州仪器、ATG等公司的实验结果,如果遵照要求妥善储存,气密封装、塑料封装和裸芯片均可用于长期储存:气密封装的常规储存年限是15至20年;塑封器件储存期超过15年;裸芯片储存期超过20年。

封装形式优劣对比1气密封装对储存环境和基础设施要求最低,一直是长期储存的首选,但并非所需的电子元器件都有气密封装2塑封器件最容易获得,但储存环境较气密封装苛刻3裸芯片可提供最大的灵活性,避免了现阶段气密和塑料封装形式无法满足未来需要的问题;所需储存空间也较小,如7000只晶粒可能只需一片6寸晶圆面积大小,而7000只14管脚塑料双列直插封装则需要一个抽屉。但裸芯片的储存环境最苛刻、包装步骤最繁琐,要求最严格,并非每一个电子元器件用户都能具备。


为此,市场上出现了专门提供裸芯片储存服务的公司。雷神、飞兆、国半、TRW、Vishay、Signetics和飞利浦等多家公司都有大量产品得益于裸芯片储存服务。


总结

电子元器件的气密封装、塑料封装和裸芯片三种封装形式均可用于长期储存,但各有利弊。在制定正确全面的储存计划、设定适宜的储存环境、选择合适的包装材料、定期检查等步骤后,三种封装方式均可实现储存器超过15年的长期储存。

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