塑封元器件高可靠應用中的核心問題分析
作者(zhe)：
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編輯：
瑞凱儀器
來源：
網絡
發布日期： 2020.07.01
雖然塑(su)(su)封材料(liao)的(de)改進(jin)已使塑(su)(su)封器(qi)件的(de)物(wu)理性能和可(ke)靠(kao)性有了很大的(de)提高(gao)，但在(zai)應用中由于封裝材料(liao)本(ben)質特征，仍存在(zai)由于潮氣入侵和溫(wen)度性能差而導致(zhi)的(de)一些(xie)可(ke)靠(kao)性問(wen)題(ti)。
1、溫度(du)適應性問題(ti)
相(xiang)對于玻(bo)璃和陶瓷，塑封(feng)材料屬于低溫材料，其玻(bo)璃化轉換溫度為130℃～160℃，一般的(de)商用(yong)塑封(feng)器件(jian)主要滿(man)足以下3個(ge)溫度范(fan)(fan)圍(wei)的(de)要求:0C～70C(商業(ye)溫度)、-40℃ ～ 85℃(工(gong)業(ye)溫度)和-40℃～125℃(汽車溫度)。但(dan)是，這(zhe)些范(fan)(fan)圍(wei)比軍(jun)用(yong)溫度范(fan)(fan)圍(wei)-55℃ ～ 125℃要窄。由于芯片、引(yin)線框(kuang)架、樹脂(zhi)各自的(de)熱膨脹系數不同，樹脂(zhi)模注(zhu)后產生內(nei)應(ying)(ying)力(li)。在溫度循環(huan)(huan)試驗中，這(zhe)種內(nei)應(ying)(ying)力(li)成(cheng)為循環(huan)(huan)變(bian)化的(de)應(ying)(ying)力(li)。在這(zhe)種應(ying)(ying)力(li)作用(yong)下，襯底之下或引(yin)線之間的(de)區域容易產生裂紋(wen)，此(ci)外連(lian)接(jie)芯片和引(yin)線的(de)鍵合絲也會因(yin)溫度循環(huan)(huan)而(er)周期性變(bian)形，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)疲勞損傷。
2、潮氣入侵問題
由于塑(su)封材(cai)(cai)料(liao)具有(you)固有(you)的(de)(de)吸濕性(xing)以及環氧成型(xing)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)吸附性(xing)，塑(su)封器件會(hui)(hui)(hui)(hui)產生很多可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題。潮(chao)氣的(de)(de)入侵會(hui)(hui)(hui)(hui)由于離(li)子沾污(wu)而(er)導致大(da)(da)量的(de)(de)與腐(fu)蝕(shi)有(you)關的(de)(de)失效，在(zai)潮(chao)濕環境(jing)中貯存和(he)使(shi)用(yong)也(ye)會(hui)(hui)(hui)(hui)因水(shui)(shui)汽浸入而(er)發生腐(fu)蝕(shi)，有(you)害(hai)物質，如(ru)(ru)鹵素，常伴隨水(shui)(shui)汽一起(qi)侵入，腐(fu)蝕(shi)會(hui)(hui)(hui)(hui)更(geng)加嚴重。塑(su)封材(cai)(cai)料(liao)吸潮(chao)后會(hui)(hui)(hui)(hui)發生尺(chi)寸(cun)蠕變，對(dui)芯片、鍵合點(dian)和(he)內引線產生應力。如(ru)(ru)果在(zai)塑(su)封材(cai)(cai)料(liao)吸收了水(shui)(shui)汽的(de)(de)情(qing)況下進行(xing)焊接，因突然受熱(re)使(shi)水(shui)(shui)汽快速膨脹，會(hui)(hui)(hui)(hui)對(dui)器件造成更(geng)嚴重的(de)(de)損傷(shang)，甚至爆裂，這種現象對(dui)小尺(chi)寸(cun)表面貼裝電路尤為明顯(xian)。隨著大(da)(da)封裝尺(chi)寸(cun)表貼技術的(de)(de)大(da)(da)量應用(yong)，濕度引起(qi)的(de)(de)封裝損傷(shang)(如(ru)(ru)內部分層和(he)再流焊過程中的(de)(de)開裂現象)會(hui)(hui)(hui)(hui)導致一系列(lie)的(de)(de)可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題，
PEM(塑(su)封微電路)的(de)(de)很多失效機理，如(ru)(ru)腐(fu)蝕(shi)和(he)“爆米花(hua)"效應都可(ke)以歸結為潮(chao)氣入侵。
3、塑封微電路(lu)的分層(ceng)
3.1低溫分層
在(zai)(zai)高可靠應(ying)用中(zhong)，如航空航天環境(jing)，環境(jing)溫度(du)(du)會(hui)達到-65℃甚至(zhi)更(geng)低(di)，塑(su)(su)封器件在(zai)(zai)低(di)溫下使用時，會(hui)發(fa)生塑(su)(su)料(liao)外殼分層(ceng)和開裂導致的(de)(de)器件失效(xiao)。在(zai)(zai)從(cong)室(shi)溫到極端(duan)(duan)寒冷環境(jing)的(de)(de)熱循環過程中(zhong)，模壓(ya)復合物與(yu)基片或引線框之(zhi)間的(de)(de)熱膨(peng)脹(zhang)系數(CTE)差(cha)異可造(zao)成分層(ceng)和開裂。并且，隨著塑(su)(su)料(liao)在(zai)(zai)極端(duan)(duan)低(di)溫下耐開裂強度(du)(du)的(de)(de)下降(jiang)，開裂的(de)(de)可能性也增(zeng)加了(le)。
3.2“爆米
花”效(xiao)應(ying)
塑封器件(jian)在焊(han)(han)接期間(jian)(jian)傳導到器件(jian)上(shang)的(de)(de)(de)熱(re)(re)有三種(zhong)來源:紅外回(hui)流焊(han)(han)加熱(re)(re)、氣相回(hui)流焊(han)(han)加熱(re)(re)和波峰焊(han)(han)加熱(re)(re)。紅外加熱(re)(re)的(de)(de)(de)峰值溫(wen)度(du)(du)(du)是235℃～240℃， 10s;氣相加熱(re)(re)問題(ti)215℃+5℃，40s;波峰焊(han)(han)加熱(re)(re)溫(wen)度(du)(du)(du)260℃+5℃，5s。在器件(jian)受熱(re)(re)過程中，由(you)于管殼中所(suo)吸附(fu)的(de)(de)(de)水(shui)分快(kuai)速(su)(su)汽化，內(nei)部(bu)水(shui)汽壓力過大，使模(mo)制材料(環氧樹脂化合(he)物)膨(peng)脹，出(chu)現(xian)分層剝離(li)和開裂現(xian)象，俗稱“爆米花”效應。“爆米花”效應是已經吸潮的(de)(de)(de)塑封器件(jian)在短時(shi)(shi)間(jian)(jian)內(nei)出(chu)現(xian)開裂的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)失效模(mo)式。由(you)于在再流焊(han)(han)過程中，塑封器件(jian)所(suo)處的(de)(de)(de)環境短時(shi)(shi)間(jian)(jian)溫(wen)度(du)(du)(du)升至205℃～250℃，上(shang)升梯度(du)(du)(du)較大(1℃/s～
2℃/s)。當溫(wen)度(du)(du)(du)超過塑封材料的(de)(de)(de)玻璃化轉(zhuan)換溫(wen)度(du)(du)(du)(一(yi)(yi)般(ban)130℃～160℃)時(shi)(shi)，塑封材料變軟(ruan)，如(ru)果器件(jian)內(nei)部(bu)有較多水(shui)汽，水(shui)汽在短時(shi)(shi)間(jian)(jian)內(nei)受熱(re)(re)快(kuai)速(su)(su)膨(peng)脹，造成塑封材料爆裂。
3.3分(fen)層(ceng)引起的可靠性問題
研究表明，塑封器件(jian)的(de)(de)基片(pian)一封裝材(cai)料界(jie)面(mian)處的(de)(de)分層(ceng)會(hui)(hui)嚴重(zhong)影(ying)響PEM的(de)(de)可靠(kao)性(xing)。它會(hui)(hui)因(yin)球(qiu)(qiu)焊或楔形焊的(de)(de)切斷而引起直(zhi)接或間歇性(xing)電失效，或形成滲透通(tong)路和出現集聚水分和離(li)子(zi)沾污物的(de)(de)區域，增加器件(jian)腐蝕(shi)失效的(de)(de)可能(neng)性(xing)，從而危及PEM的(de)(de)長(chang)期可靠(kao)性(xing)。在引線(xian)鍵合處的(de)(de)分層(ceng)可能(neng)會(hui)(hui)使鍵合界(jie)面(mian)退化，因(yin)為在溫度循環過程中可能(neng)會(hui)(hui)在球(qiu)(qiu)焊處產(chan)生機械應力，這就會(hui)(hui)導致在球(qiu)(qiu)焊點(dian)下(xia)的(de)(de)硅材(cai)料破裂。另外，分層(ceng)可能(neng)造成分離(li)的(de)(de)塑料與基片(pian)表面(mian)產(chan)生相對位移，損壞(huai)鈍化層(ceng)和金(jin)屬(shu)化層(ceng)。
4、產品推(tui)薦(jian)
RK-TH-80L-2恒溫恒濕試驗箱
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