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塑封器件分層失效分析

2021年11月02日 17:20 ? 次閱讀

根據金鑒實驗室經驗,提供塑封器件分層失效分析檢測服務,塑封器件分層可能的原因有:

1. 爆米花效應
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當封裝暴露在回流焊的高溫時, 非密封型封裝內的蒸汽壓力會大幅增加. 在特定狀況下, 該壓力會造成封裝材料發生內部脫層從而脫離晶粒及(或)導線框/基座, 或是發生未擴展到封裝外面的內部裂縫、或是邦定損傷、金屬線窄化、邦定翹起、晶粒翹起、薄膜裂縫, 或邦定下方產生凹口. 以最嚴重的狀況來說, 這個應力會造成封裝發生外部裂縫. 一般稱為〝爆米花〞現象, 因為這個內部應力會造成封裝膨脹, 然后發出一聲"砰"的破裂聲. SMD比通孔組件更容易發生這種現象, 因為它們在回流焊時暴露在更高的溫度中. 原因在于焊接作業一定要發生在與SMD組件同一面的板面上. 對于通孔組件, 焊接作業發生在板的下面, 從而將組件遮蔽隔離了熱錫料. 采用插入焊或"pin浸錫" 制程的通孔組件可能也會遇到發生在SMT組件的現象 - 由濕氣誘發的不良。
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塑封器件在焊接期間傳導到器件上的熱有三種來源:紅外回流焊加熱、氣相回流焊加熱和波峰焊加熱。紅外加熱的峰值溫度是235~240C,加熱時間10s;氣相加熱的溫度是215+—5C,加熱時間40s;波峰焊加熱的峰值溫度是2605+—5C,時間5s。在器件受熱過程中,由于管殼中所吸附的水分快速汽化,內部水氣壓力過大使模制材料(環氧樹脂化合物)膨脹,出現的分層剝離和開裂現象,俗稱“爆米花”效益。管殼開裂既可在膨脹過程中出現,也可在冷卻和收縮到其正常尺寸過程中發生。


這些裂縫會給水分和污染物的侵入提供通道,從而影響長期可靠性。且在模制材料膨脹過程中,在內部產生的剪切應力會影響焊線的完好性,特別是在芯片角應力最大,嚴重時會導致鍵合線翹起、鍵合接頭開裂和鍵合引線斷開,引起電失效。這一現象與焊接過程的溫度變化范圍、封裝水分含量、封裝尺寸和模壓材料粘合力有關。這種效應在大管腳數的塑封器件上更為強烈。

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2.鍍銀層腐蝕

3.潮氣入侵

塑封器件內部的潮氣是由于水汽滲透進樹脂而產生的,而且水汽滲透的速度與溫度有關。塑封器件的許多失效機理,如腐蝕、爆米花效益等都可歸結為潮氣入侵。
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4.低溫環境

在從室溫到極端寒冷環境的熱循環過程中,模壓復合物與基片或引線框之間的熱膨脹系數(CTE)差異可造成分層和開裂。在極端低溫下,由于貯存操作溫度和密封溫度之間的差異很大,因此導致分層和開裂的應力也很大,并且隨著塑料在極端低溫下耐開裂強度的下降,開裂的可能性也隨之增加(封裝經過-55C~125C的熱循環時,引線框尖銳邊緣處就會出現開裂和分層)。另外,潮濕對低溫下關鍵基片——封裝材料界面上的分層還會產生加速效應。這種加速效應可由封裝內凝結水汽的凍結和解凍所引起的。
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5.外界溫度沖擊

通常由元器件生產廠商提供的塑封器件對溫度的要求不高,能滿足以下3種溫度范圍的要求即可:0~70C(商業溫度)、-40~85C(工業溫度)、-40~125C(汽車溫度),這些范圍比傳統的軍用溫度范圍(-55~125C)要窄。但大量的失效案例表明,即使以上3種溫度范圍內,失效的塑封器件比例依然很高。

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