塑封集成电路具有成本低、质量轻、尺寸小及良好的机械坚固性等优点,几乎占据了民用品的全部市场。但是塑封器件有其固有的弱点,就是塑料封装非气密性和潮湿对它的渗透性。由于其固有的弱点,封装失效是塑封电路的主要失效模式之一。

 

随着电子技术的不断发展,对电子产品可靠性的要求也越来越高,促使电装生产工艺对潮湿敏感元器件( Moisture Sensitive Devices,MSD)的关注程度不断上升。元器件朝着小型化和高集成化的方向发展,塑料封装已经成为一项标准做法。确保潮湿气体在焊接前不进入元器件中已经成为一项非常重要的事情。

 

一、潮敏防护的必要性

 

由于封装材料的密封性不好或吸潮效应,空气中的水分会渗透进入封装内部。湿度对电子元器件的影响表现在以下几个方面：

加速老化：在潮湿的环境下，电子元器件容易受到腐蚀和氧化，导致性能下降，甚至提前失效。

电路短路：如果电子元器件长期处于高湿度环境中，容易出现电路短路的情况，导致设备故障。

破坏绝缘：湿度过高会降低电子元器件的绝缘性能，从而影响设备的电气性能。

增加噪声：在高湿度环境中，电子元器件容易产生热噪声和散粒噪声，影响设备的信号质量。

 

二、潮敏失效机理

 

潮湿敏感器件暴露在大气过程，大气中的水分会通过扩散渗透到封装材料内部，首先凝聚在不同材料之间的接触面上。当封装暴露在回流焊的高温中时，器件经过贴片贴装在PCB上以后，在回流焊炉中进行回流焊，在回流区，整个器件要在183℃以上保持30~90s，最高温度在210~235℃，无铅焊接的峰值温度更高，在245℃左右。在高温作用下，封装内的水分快速汽化、导致蒸汽压力大幅增加，在材料不匹配的综合作用下，该压力会造成封装材料内部发生分层，或是一些未扩展至外部的封装内部裂缝，或者键合损伤，最严重的是造成封装体产生裂纹，称为“爆米花”现象。封装分层开裂时产生的剪切应力会影响内引线、芯片的完整性，特别是边角处，应力最大。严重时会引起芯片裂纹、内引线断裂、键合头翘起等出现电失效。大多数情况下，肉眼是看不出来这些变化的，而且在测试过程中MSD也不会表现为完全失效。

 

因塑封器件受潮失效是由塑封材料本身性质决定的，集成电路塑料封装常采用热固性环氧材料(如环氧树脂)，其密封剂会从周围空气中吸潮。塑料封装吸潮可从以下三个方面理解：①吸潮程度与实际塑料化合物成分、结构、生产线环境、运输储存及使用环境的温度、湿度、气压等因素相关;②封装的膨胀程度取决于塑封材料成分、实际吸收湿气的数量、温度、加热速度及塑料的厚度，当由此引起的压力超过塑料化合物的弯曲强度时，塑料就有可能裂开，或至少在界面间产生分层;③器件的防潮等级与器件塑封材料的吸潮能力有一定的关系，但不仅取决于吸潮能力。防潮等级还取决于器件的结构、芯片基板的尺寸、芯片尺寸、芯片生产工艺及芯片内部的材料、器件封装工艺、器件本身的电气性能等。也就是说，防潮等级较低的器件，其塑封材料并不一定比防潮等级高的器件容易吸潮。根据相关研究,塑封料的吸水性与失效率存在密切的关系，越是容易吸潮的塑封料，其在回流焊后失效率越高。

 

三、潮敏失效模式

 

MSD失效的主要表现：组件在芯片处产生裂纹、电气测试失败、IC集成电路及其他元器件在存放时内部氧化短路、引线被拉细甚至断裂、回流焊期间器件产生分层、封装材料爆裂等。具体的失效模式及表现特点如下:

(1)受潮后的塑封器件，在没有高温作用的情况下，塑封材料本身由于吸收了大量的水汽而膨胀变形，由于内部结构黏结性不好，导致内部结构出现分层,表现为开路、短路、漏电。如果有腐蚀性杂质离子存在,可导致金属化腐蚀。

 

(2)受潮的塑封器件在高温作用的情况下膨胀变形，由于热失配导致内部结构出现分层，表现为开路、短路、漏电。严重的会在器件背面产生鼓包,即“爆米花”效应。

 

(3)受潮后塑封器件若膨胀变形严重，形变应力会导致芯片破裂，表现为开路、短路、漏电。

 

(4)由于水是有极性的，因此塑封器件吸收了大量潮气后，不管是否发生了变形或分层，都会有漏电现象。

 

(5)塑封器件受潮后，有可能在遇到热应力的瞬间就立即失效，有可能在长期的正常使用过程才逐渐失效。

 

四、潮敏防护的措施

 

针对湿度对电子元器件的影响，可以采取以下几种潮敏防护措施：

使用防潮材料：在电子元器件的包装和外壳中使用防潮材料，如干燥剂、防潮剂等，可以有效吸收环境中的湿气，保持电子元器件的干燥。

提高设备的密封性：采用密封性好的材料和结构来制造电子设备，可以有效地防止湿气的侵入。同时，对于一些容易受到湿度影响的电子元器件，可以采用密封性好的外壳或包装来保护。

降低设备的湿度敏感度：对于一些对湿度敏感度较高的电子元器件，可以采用降低湿度敏感度的措施，如表面涂覆、表面处理等。这些措施可以有效地提高电子元器件的抗湿性，降低湿度对其性能的影响。

控制设备的温湿度环境：在电子设备的运行环境中，控制温度和湿度是非常重要的。采用恒温恒湿的设备或装置来控制环境的温湿度，可以有效地避免湿度对电子元器件的影响。

定期维护和检查：对于一些长时间运行的电子设备，需要定期进行维护和检查。在这个过程中，可以检查电子元器件的外观和性能是否正常，同时也可以对设备进行除湿和清洁处理。

 

五、防潮包装材料的选择和使用

 

防潮包装材料是潮敏防护中常用的措施之一。选择适合的防潮包装材料对电子元器件的潮敏防护具有重要意义。以下是选择和使用防潮包装材料时需要注意的几个方面：

防潮性能：防潮包装材料的防潮性能是选择时首要考虑的因素。一般来说，材料的防潮性能越好，吸湿率越低，对电子元器件的保护效果也越好。在选择时，可以根据设备的具体要求和环境条件来选择适合的防潮包装材料。

耐候性：防潮包装材料需要具备较好的耐候性，即在恶劣环境条件下的耐受能力。一些常用的防潮包装材料如干燥剂、防潮剂等，需要在高温、高湿、低温等环境下长时间使用，因此需要具备较好的耐候性。

环保性：随着人们对环境保护意识的提高，防潮包装材料的环保性也越来越受到重视。在选择防潮包装材料时，需要考虑其是否可回收利用、是否具有较低的环境影响等。

成本：在选择防潮包装材料时，成本也是一个需要考虑的因素。需要根据设备的具体要求和实际情况来选择适合的防潮包装材料，以保证设备的整体性能和经济效益。

使用方法：在使用防潮包装材料时，需要根据具体情况来确定使用方法和注意事项。例如干燥剂的使用方法是将干燥剂放在密封的容器中，然后将需要保护的电子元器件放在容器中；而防潮剂则需要按照说明书的要求来使用等。同时需要注意防潮包装材料的更换周期和使用寿命等问题。

 

 

 

来源：Internet

关键词： 电子元器件 潮敏失效