塑封元器件时需戴手指套

 塑料封装出现在20世纪50年代末期,当时研制这种器件封装的目的是取代昂贵的气密封装器件。塑封器件由于成本低且可大量生产而得到工业界和用户的普遍接受。早期的塑封器件存在

许多的可靠性问题,以微电路为例,其失效率远大于气密封装微电路。因此美国航天和军事部门都认为这种器件不适合用于高可靠性领域。随着其材料、设计和工艺等方面的改进,目前在部

分产品中,其可靠性与气密封装微电路不相上下,并逐渐被军事和航天部门所接受。
    目前国际上发达国家生产的塑封微电路,已从插式封装转向表面安装或多种形式的封装,而且据统计,近十年来插式封装的器件占国际市场的比例大大减少,而表面安装具有小而轻的特

点,更适应整机小型化的需求,因此占有的比例大幅提高。
    目前国内生产塑封微电路与分立器件的企业已很多,其可靠性也逐步提高。
    虽然塑封材料的改进已使塑封器件的物理性能和可靠性有了很大的提高,但在应用中由于封装材料本质特征,仍存在由于潮气人侵和温度性能差而导致的一些可靠性问题。
    1)温度适应性问题
    相对于玻璃和陶瓷,塑封材料属于低温材料,其玻璃化转换温度为130℃。160~C,一般的商用塑封器件主要满足以下3个温度范围的要求:0℃~70℃、一40℃~85℃和一40℃一125~C。但

是,这些范围比军用温度范围一55℃。125%要窄。。
    由于芯片、引线框架、树脂各自的热膨胀系数不同,树脂模注后会产生内应力。在温度循环试验中,这种内应力成为循环变化的应力。在这种应力作用下,衬底之下或引线之间的区域容

易产生裂纹,此外连接芯片和引线的键合丝也会因温度循环而周期性变形,从而造成疲劳损伤。
    2)潮气入侵问题
    由于塑封材料具有固有的吸湿性以及环氧成型材料的吸附性,塑封器件会产生很多可靠性问题。潮气的入侵会由于离子沾污而导致大量的与腐蚀有关的失效,在潮湿环境中贮存和使用也

会因水汽浸入而发生腐蚀,有害物质,如卤素,常伴I遁水汽一起侵入,腐蚀会更加严重。
    塑封材料吸潮后会发生尺寸蠕变,对芯片、键合点和内引线产生应力。如果在塑封材料吸收了水汽的情况下进行焊接,因突然受热使水汽快速膨胀,会对器件造成更严重的损伤,甚至爆

裂,这种现象对小尺寸表面贴装电路尤为明显。随着大封装尺寸表贴技术的大量应用,湿度引起的封装损伤(如内部分层和再流焊过程中的开裂现象)会导致一系列的可靠性问题,PEM的很多失

效机理,如腐蚀和“爆米花”效应都可以归结为潮气入侵。   
    3)塑封微电路的分层
    塑封器件的分层现象是导致塑封器件失效的最主要原因,它与温度适应性和吸湿性直接相关。除具体表现为复合模压材料和器件各结构之间的分层外,分层及其过程中形成的应力是导致

器件键合退化(应力或腐蚀)、芯片和钝化层开裂甚至金属化台阶退化的主要原因。
    (1)低温分层。在高可靠应用中,如航空航天环境,环境温度会达到一65~C甚至更低,塑封器件在低温下使用时,会发生塑料外壳分层和开裂导致的器件失效。
    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。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

增加了。
    (2)“爆米花”效应。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~C~240~C,10s;气相加热温度215

%±5℃,40s;波峰焊加热温度260~C±5'E,5s。在器件受热过程中,由于管壳中所吸附的水分快速汽化,内部水汽压力过大,使模制材料(环氧树脂化合物)膨胀,出现分层剥离和开裂现象

,俗称“爆米花”效应。“爆米花”效应是已经吸潮的塑封器件在短时间内出现开裂的一种失效模式。由于在再流焊过程中,塑封器件所处的环境短时问温度升至205℃。250℃,上升梯度较

大(1~C/s~2~C/s)。当温度超过塑封材料的玻璃化转换温度(一般为130℃~160~C)时,塑封材料变软,如果器件内部有较多水汽手指套,水汽在短时间内受热快速膨胀,造成塑封体爆裂。
    (3)分层引起的可靠性问题。研究表明,塑封器件的基片一封装材料界面处的分层会严重影响PEM的可靠性。它会因球焊或楔形焊的切断而引起直接或间歇性电失效,或形成渗透通路和出

现集聚水分和离子沾污物的区域,增加器件腐蚀失效的可能性,从而危及PEM的长期可靠性。在引线键合处的分层可能会使键合界面退化,因为在温度循环过程中可能会在球焊处产生机械应力手指套,这就会导致在球焊点下的硅材料破裂。另外,分层可能造成分离的塑料与基片表面产生相对位移,损坏钝化层和金属化层。
    塑封器件由于性能优越、价格低廉手指套、体积轻、重量小等特点,已经越来越为军用产品所青睐。但是塑封材料固有的可靠性问题及塑封器件的质量和可靠性水平目前仍然不高,在军用产品中选择和使用塑封器件必须采取严格的控制措施。
    国内外不同制造商生产的塑封器件的质量水平有较大差距,另外塑封器件制造商一般不提供产品制造信息和质量等级保证信息,因此要尽量限制选用塑封器件,选择时尽量选择国外著名公司的产品或国内知名的元器件生产厂生产的塑封器件。型号中的关键和重要元器件不选择塑封器件。如确需选用塑封器件,则应进行严格的控制和审批。