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塑封器件分层失效分析发布时间:2018-02-10 06:51:36

根据金鉴实验室经验,塑封器件分层,可能的原因有:

1. 爆米花效应

当封装暴露在回流焊的高温时, 非密封型封装内的蒸汽压力会大幅增加. 在特定状况下, 该压力会造成封装材料发生内部脱层从而脱离晶粒及(或)导线框/基座, 或是发生未扩展到封装外面的内部裂缝、或是邦定损伤、金属线窄化、邦定翘起、晶粒翘起、薄膜裂缝, 或邦定下方产生凹口. 以最严重的状况来说, 这个应力会造成封装发生外部裂缝. 一般称为〝爆米花〞现象, 因为这个内部应力会造成封装膨胀, 然后发出一声"砰"的破裂声. SMD比通孔组件更容易发生这种现象, 因为它们在回流焊时暴露在更高的温度中. 原因在于焊接作业一定要发生在与SMD组件同一面的板面上. 对于通孔组件, 焊接作业发生在板的下面, 从而将组件遮蔽隔离了热锡料. 采用插入焊或"pin浸锡" 制程的通孔组件可能也会遇到发生在SMT组件的现象 - 由湿气诱发的不良。


塑封器件在焊接期间传导到器件上的热有三种来源:红外回流焊加热、气相回流焊加热和波峰焊加热。红外加热的峰值温度是235~240C,加热时间10s;气相加热的温度是215+—5C,加热时间40s;波峰焊加热的峰值温度是2605+—5C,时间5s。在器件受热过程中,由于管壳中所吸附的水分快速汽化,内部水气压力过大使模制材料(环氧树脂化合物)膨胀,出现的分层剥离和开裂现象,俗称“爆米花”效益。管壳开裂既可在膨胀过程中出现,也可在冷却和收缩到其正常尺寸过程中发生。


这些裂缝会给水分和污染物的侵入提供通道,从而影响长期可靠性。且在模制材料膨胀过程中,在内部产生的剪切应力会影响焊线的完好性,特别是在芯片角应力最大,严重时会导致键合线翘起、键合接头开裂和键合引线断开,引起电失效。这一现象与焊接过程的温度变化范围、封装水分含量、封装尺寸和模压材料粘合力有关。这种效应在大管脚数的塑封器件上更为强烈。


2.镀银层腐蚀


3.潮气入侵

塑封器件内部的潮气是由于水汽渗透进树脂而产生的,而且水汽渗透的速度与温度有关。塑封器件的许多失效机理,如腐蚀、爆米花效益等都可归结为潮气入侵。


4.低温环境

在从室温到极端寒冷环境的热循环过程中,模压复合物与基片或引线框之间的热膨胀系数(CTE)差异可造成分层和开裂。在极端低温下,由于贮存操作温度和密封温度之间的差异很大,因此导致分层和开裂的应力也很大,并且随着塑料在极端低温下耐开裂强度的下降,开裂的可能性也随之增加(封装经过-55C~125C的热循环时,引线框尖锐边缘处就会出现开裂和分层)。另外,潮湿对低温下关键基片——封装材料界面上的分层还会产生加速效应。这种加速效应可由封装内凝结水汽的冻结和解冻所引起的。


5.外界温度冲击

通常由元器件生产厂商提供的塑封器件对温度的要求不高,能满足以下3种温度范围的要求即可:0~70C(商业温度)、-40~85C(工业温度)、-40~125C(汽车温度),这些范围比传统的军用温度范围(-55~125C)要窄。但大量的失效案例表明,即使以上3种温度范围内,失效的塑封器件比例依然很高。

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