塑（sù）封元器件高可靠應用中的（de）核心問題分（fèn）析
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發布日期： 2020.07.01
雖然塑封材料的改進已使塑封器件的物理性能和（hé）可靠（kào）性有了很大的提高，但在應用中由於封（fēng）裝材料本質特（tè）征，仍存在（zài）由（yóu）於（yú）潮氣入侵和溫度性能差（chà）而導（dǎo）致的一些（xiē）可靠性問題。
1、溫度適應性問（wèn）題
相對於（yú）玻璃和（hé）陶（táo）瓷，塑封材料屬於低溫材料，其玻璃（lí）化轉換溫度為130℃～160℃，一般的商用塑封器（qì）件主要滿足以下3個溫度範圍的要（yào）求:0C～70C(商業溫度)、-40℃ ～ 85℃(工業溫度)和-40℃～125℃(汽車溫度)。但是，這些範圍（wéi）比軍用溫度範圍-55℃ ～ 125℃要窄。由於芯片、引線框架、樹脂各自的熱膨脹係數不（bú）同，樹脂模注（zhù）後產生內應（yīng）力（lì）。在溫度循（xún）環試驗（yàn）中，這種內應力成為循環變化的應力。在這種應力（lì）作用下，襯底之下或（huò）引線之間的區域（yù）容（róng）易產生裂紋，此外連接芯片和引線的鍵合（hé）絲也會因溫度循環而周期性變形，從而造成疲勞損傷。
2、潮氣入侵問題（tí）
由（yóu）於塑封材料具有固有的吸濕性以及環氧成型材料的吸（xī）附性，塑封器件會產生很多可靠性問題。潮氣的入侵會（huì）由於離子沾汙而（ér）導致大量的與腐蝕有關的失效（xiào），在（zài）潮濕（shī）環境中貯存和使用也會因水（shuǐ）汽浸入而發生（shēng）腐蝕，有害（hài）物質，如鹵（lǔ）素，常伴隨水汽一起侵入，腐蝕會更加嚴重。塑封（fēng）材料吸潮後會發（fā）生尺寸蠕變，對芯片、鍵合點和內引線產生（shēng）應力。如果在塑封材料吸收了水汽的情況下進行焊接，因突然受熱（rè）使水汽快速膨脹，會對器件造成更（gèng）嚴重的損傷，甚至爆裂，這種現象對小尺寸表麵貼裝電路尤為明顯。隨著大封裝尺寸表貼技術（shù）的大量應用，濕（shī）度引起的封（fēng）裝損傷(如內部分層和再流焊過（guò）程中的開裂現象)會導（dǎo）致一係列的可靠性問題，
PEM(塑封微電路)的很多失效（xiào）機理，如腐蝕和“爆米（mǐ）花"效應都可以歸結為潮氣入侵。
3、塑（sù）封微電路的分層
3.1低溫分層
在高可靠（kào）應（yīng）用中，如（rú）航空航天（tiān）環境（jìng），環境溫度會達到-65℃甚至（zhì）更低，塑封器件在低溫下使用時，會發（fā）生塑料外殼分層和開裂導（dǎo）致的器件失效。在從（cóng）室溫到極端寒（hán）冷環（huán）境的熱循環過程中，模壓複合物（wù）與基片或引線框之間的熱膨（péng）脹係數(CTE)差異可造成分層和（hé）開（kāi）裂。並且，隨著塑料在極端低溫下耐開裂強度的下降，開裂的（de）可能性也增加（jiā）了。
3.2“爆米（mǐ）
花”效應
塑封器件在焊（hàn）接期間傳導到器件上的熱有三種來源:紅（hóng）外回（huí）流焊加熱、氣相回流焊加熱（rè）和波峰焊（hàn）加熱。紅外加熱的峰值（zhí）溫度是235℃～240℃， 10s;氣相加（jiā）熱問題215℃+5℃，40s;波峰（fēng）焊加熱溫度260℃+5℃，5s。在器件（jiàn）受熱過程（chéng）中，由（yóu）於管殼中所吸附的水分快速汽化，內部水汽壓力過大，使模（mó）製材料(環氧樹脂化合物)膨脹，出現分層剝離（lí）和開裂現象，俗（sú）稱“爆（bào）米花”效應。“爆米（mǐ）花”效應（yīng）是已經（jīng）吸潮（cháo）的塑封器件在短時（shí）間內出現開裂的（de）一種（zhǒng）失效模式。由於在再流焊過程中，塑封器（qì）件所處的環境短時間溫度（dù）升至（zhì）205℃～250℃，上升梯度較大(1℃/s～
2℃/s)。當溫度超過（guò）塑（sù）封材料的（de）玻璃化轉換溫度(一般130℃～160℃)時，塑封材料變軟，如果器件內部有（yǒu）較多水汽，水汽在短時間內受熱快速膨脹，造成塑（sù）封材（cái）料爆裂。
3.3分層引起的可靠性問題
研究表明，塑封（fēng）器件的基片一封裝材料界麵處的（de）分層會嚴（yán）重影響PEM的（de）可靠性。它會因球焊或楔（xiē）形焊的切斷而（ér）引起直接或間歇性電失效，或形成滲透通路和出現集聚水分和離子沾汙物的區域（yù），增加器件腐蝕失效的可能性（xìng），從而危及PEM的長期可靠性。在引線鍵合處的分層可能會使鍵合界麵退化，因為在溫度循環過程中可能會（huì）在球焊處產生機械應力，這就會導致在球焊點（diǎn）下的矽（guī）材（cái）料破裂。另外，分層可能造成分（fèn）離（lí）的塑料與（yǔ）基片表麵（miàn）產生相對位移（yí），損（sǔn）壞鈍化層和金屬化層。
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