1.3.2 金属气密封装抗振可靠性要求

1.气密封装的作用

金属气密封装用于混合集成电路、SiP组件的封装，目的是使内装裸芯片免受大气沾污和腐蚀。金属气密封装的外壳盖板通常用可伐合金材料制作，外壳腔体底座用钢材料制作，其CTE适配性和机械性能很好地满足平行缝焊的要求，封装具有良好的导热性、机械强度和气密性。

气密封装的功能包括：

（1）机械支撑：刚性外壳承载电路使其免受机械损伤，提供物理保护；

（2）电信号：传送外壳上的引出线起到内、外电连接作用，参与内部电路与外围电路的电信号传递；

（3）散热：对功率类电路，外壳的一个重要功能是将电路产生的热量传递至外界，避免电路的热失效；

（4）屏蔽：电磁屏蔽金属壳体在一定程度上能够隔离电磁信号，避免电磁干扰；

（5）密封保护：通过壳体与盖板所构成的气密封装使内部电路与外界环境隔绝，保护电路免受外界恶劣气候的影响，尤其是水汽对电路的腐蚀。

2.振动损伤和疲劳失效问题

振动机械应力损伤是造成金属气密封装失效的主要因素之一。美国空军航空电子研究结果的统计数据，由于冲击和振动原因而导致的电子产品失效高达20%以上。

如电子设备在组装、搬运、服役过程中，不可避免地承受随机振动、机械冲击等载荷，可能导致金属封装组件发生振动疲劳或损伤失效，特别是安装在PCB板上的大尺寸金属气密封装组件，质量大带来的振动损伤风险较高，一旦气密金属封装开裂，水汽侵入，将直接导致内装裸芯片腐蚀失效。

3.抗振可靠性要求

由于半导体分立器件尺寸较小，除了特殊要求，一般用振动试验考核。但对较大尺寸的混合集成电路、SiP组件，或者振动瞬态失效风险较大的元器件，需要针对其封装的抗振可靠性确定要求并进行考核。对金属气密封装的抗振可靠性考核，采用标准GJB 548B中的方法2026.1随机振动、方法2005振动疲劳、方法2007扫频振动进行。

随机振动试验考核，目的是确定金属气密封装和内部微组装经受动态应力的能力，这种动态应力是由在上、下限频率范围内的随机振动来施加的，模拟各种现代场景环境下出现的振动，如导弹、高速推进喷气式飞机和火箭引擎装置产生的环境，功率谱密度在2～150G2/Hz范围的特定值中选取，频率范围为50～2000Hz，它能同时在所有频率上对产品进行激励，是一种更接近实际应用的试验考核。

振动疲劳试验考核，目的是测定在规定频率范围内振动对金属气密封装和内部微组装的影响，以检查振动是否造成封装盖板疲劳开裂、引出端疲劳断裂、芯片脱落、结构松动等振动敏感部位的耐久性，振动疲劳试验峰值加速度为20～90g，振动频率为6～±20Hz，至少96h，模拟各种恶劣环境振动的长时间作用。

扫频振动试验考核，目的是测定在规定频率范围内振动对金属气密封装和内部微组装的影响，扫频范围为20Hz～2000Hz～20Hz，多次循环，可以通过扫描发现封装结构的谐振危险点，包括金属盖板、内部内引线键合结构的谐振频率，支撑金属气密封装结构、微组装互连结构的抗振设计。