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塑封集成電路具有成本低、質(zhì)量輕、尺寸小及良好的機械堅固性等優(yōu)點,幾乎占據(jù)了民用品的全部市場。但是塑封器件有其固有的弱點,就是塑料封裝非氣密性和潮濕對它的滲透性。由于其固有的弱點,封裝失效是塑封電路的主要失效模式之一。

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,對電子產(chǎn)品可靠性的要求也越來越高,促使電裝生產(chǎn)工藝對潮濕敏感元器件( Moisture Sensitive Devices,MSD)的關(guān)注程度不斷上升。元器件朝著小型化和高集成化的方向發(fā)展,塑料封裝已經(jīng)成為一項標準做法。確保潮濕氣體在焊接前不進入元器件中已經(jīng)成為一項非常重要的事情。

一、潮敏防護的必要性

由于封裝材料的密封性不好或吸潮效應(yīng),空氣中的水分會滲透進入封裝內(nèi)部。濕度對電子元器件的影響表現(xiàn)在以下幾個方面：

加速老化：在潮濕的環(huán)境下，電子元器件容易受到腐蝕和氧化，導(dǎo)致性能下降，甚至提前失效。

電路短路：如果電子元器件長期處于高濕度環(huán)境中，容易出現(xiàn)電路短路的情況，導(dǎo)致設(shè)備故障。

破壞絕緣：濕度過高會降低電子元器件的絕緣性能，從而影響設(shè)備的電氣性能。

增加噪聲：在高濕度環(huán)境中，電子元器件容易產(chǎn)生熱噪聲和散粒噪聲，影響設(shè)備的信號質(zhì)量。

二、潮敏失效機理

潮濕敏感器件暴露在大氣過程，大氣中的水分會通過擴散滲透到封裝材料內(nèi)部，首先凝聚在不同材料之間的接觸面上。當封裝暴露在回流焊的高溫中時，器件經(jīng)過貼片貼裝在PCB上以后，在回流焊爐中進行回流焊，在回流區(qū)，整個器件要在183℃以上保持30~90s，最高溫度在210~235℃，無鉛焊接的峰值溫度更高，在245℃左右。在高溫作用下，封裝內(nèi)的水分快速汽化、導(dǎo)致蒸汽壓力大幅增加，在材料不匹配的綜合作用下，該壓力會造成封裝材料內(nèi)部發(fā)生分層，或是一些未擴展至外部的封裝內(nèi)部裂縫，或者鍵合損傷，最嚴重的是造成封裝體產(chǎn)生裂紋，稱為“爆米花”現(xiàn)象。封裝分層開裂時產(chǎn)生的剪切應(yīng)力會影響內(nèi)引線、芯片的完整性，特別是邊角處，應(yīng)力最大。嚴重時會引起芯片裂紋、內(nèi)引線斷裂、鍵合頭翹起等出現(xiàn)電失效。大多數(shù)情況下，肉眼是看不出來這些變化的，而且在測試過程中MSD也不會表現(xiàn)為完全失效。

因塑封器件受潮失效是由塑封材料本身性質(zhì)決定的，集成電路塑料封裝常采用熱固性環(huán)氧材料(如環(huán)氧樹脂)，其密封劑會從周圍空氣中吸潮。塑料封裝吸潮可從以下三個方面理解：①吸潮程度與實際塑料化合物成分、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)線環(huán)境、運輸儲存及使用環(huán)境的溫度、濕度、氣壓等因素相關(guān);②封裝的膨脹程度取決于塑封材料成分、實際吸收濕氣的數(shù)量、溫度、加熱速度及塑料的厚度，當由此引起的壓力超過塑料化合物的彎曲強度時，塑料就有可能裂開，或至少在界面間產(chǎn)生分層;③器件的防潮等級與器件塑封材料的吸潮能力有一定的關(guān)系，但不僅取決于吸潮能力。防潮等級還取決于器件的結(jié)構(gòu)、芯片基板的尺寸、芯片尺寸、芯片生產(chǎn)工藝及芯片內(nèi)部的材料、器件封裝工藝、器件本身的電氣性能等。也就是說，防潮等級較低的器件，其塑封材料并不一定比防潮等級高的器件容易吸潮。根據(jù)相關(guān)研究,塑封料的吸水性與失效率存在密切的關(guān)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失效的主要表現(xiàn)：組件在芯片處產(chǎn)生裂紋、電氣測試失敗、IC集成電路及其他元器件在存放時內(nèi)部氧化短路、引線被拉細甚至斷裂、回流焊期間器件產(chǎn)生分層、封裝材料爆裂等。具體的失效模式及表現(xiàn)特點如下:

(1)受潮后的塑封器件，在沒有高溫作用的情況下，塑封材料本身由于吸收了大量的水汽而膨脹變形，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)黏結(jié)性不好，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分層,表現(xiàn)為開路、短路、漏電。如果有腐蝕性雜質(zhì)離子存在,可導(dǎo)致金屬化腐蝕。

(2)受潮的塑封器件在高溫作用的情況下膨脹變形，由于熱失配導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分層，表現(xiàn)為開路、短路、漏電。嚴重的會在器件背面產(chǎn)生鼓包,即“爆米花”效應(yīng)。

(3)受潮后塑封器件若膨脹變形嚴重，形變應(yīng)力會導(dǎo)致芯片破裂，表現(xiàn)為開路、短路、漏電。

(4)由于水是有極性的，因此塑封器件吸收了大量潮氣后，不管是否發(fā)生了變形或分層，都會有漏電現(xiàn)象。

(5)塑封器件受潮后，有可能在遇到熱應(yīng)力的瞬間就立即失效，有可能在長期的正常使用過程才逐漸失效。

四、潮敏防護的措施

針對濕度對電子元器件的影響，可以采取以下幾種潮敏防護措施：

使用防潮材料：在電子元器件的包裝和外殼中使用防潮材料，如干燥劑、防潮劑等，可以有效吸收環(huán)境中的濕氣，保持電子元器件的干燥。

提高設(shè)備的密封性：采用密封性好的材料和結(jié)構(gòu)來制造電子設(shè)備，可以有效地防止?jié)駳獾那秩?。同時，對于一些容易受到濕度影響的電子元器件，可以采用密封性好的外殼或包裝來保護。

降低設(shè)備的濕度敏感度：對于一些對濕度敏感度較高的電子元器件，可以采用降低濕度敏感度的措施，如表面涂覆、表面處理等。這些措施可以有效地提高電子元器件的抗?jié)裥?，降低濕度對其性能的影響?/span>

控制設(shè)備的溫濕度環(huán)境：在電子設(shè)備的運行環(huán)境中，控制溫度和濕度是非常重要的。采用恒溫恒濕的設(shè)備或裝置來控制環(huán)境的溫濕度，可以有效地避免濕度對電子元器件的影響。

定期維護和檢查：對于一些長時間運行的電子設(shè)備，需要定期進行維護和檢查。在這個過程中，可以檢查電子元器件的外觀和性能是否正常，同時也可以對設(shè)備進行除濕和清潔處理。

五、防潮包裝材料的選擇和使用

防潮包裝材料是潮敏防護中常用的措施之一。選擇適合的防潮包裝材料對電子元器件的潮敏防護具有重要意義。以下是選擇和使用防潮包裝材料時需要注意的幾個方面：

防潮性能：防潮包裝材料的防潮性能是選擇時首要考慮的因素。一般來說，材料的防潮性能越好，吸濕率越低，對電子元器件的保護效果也越好。在選擇時，可以根據(jù)設(shè)備的具體要求和環(huán)境條件來選擇適合的防潮包裝材料。

耐候性：防潮包裝材料需要具備較好的耐候性，即在惡劣環(huán)境條件下的耐受能力。一些常用的防潮包裝材料如干燥劑、防潮劑等，需要在高溫、高濕、低溫等環(huán)境下長時間使用，因此需要具備較好的耐候性。

環(huán)保性：隨著人們對環(huán)境保護意識的提高，防潮包裝材料的環(huán)保性也越來越受到重視。在選擇防潮包裝材料時，需要考慮其是否可回收利用、是否具有較低的環(huán)境影響等。

成本：在選擇防潮包裝材料時，成本也是一個需要考慮的因素。需要根據(jù)設(shè)備的具體要求和實際情況來選擇適合的防潮包裝材料，以保證設(shè)備的整體性能和經(jīng)濟效益。

使用方法：在使用防潮包裝材料時，需要根據(jù)具體情況來確定使用方法和注意事項。例如干燥劑的使用方法是將干燥劑放在密封的容器中，然后將需要保護的電子元器件放在容器中；而防潮劑則需要按照說明書的要求來使用等。同時需要注意防潮包裝材料的更換周期和使用壽命等問題。