塑料封装吸潮引起的可靠性问题(修改)

TO系列封装器件图片SIP、DIP系列封装图片圆柱形、SOT系列封装器件SOJ、SOP封装系列器件FQFP封装系列器件4.4塑料封装吸潮引起的可靠性问题

4.4.1塑料封装吸潮问题的普遍性及危害1、塑料封装的优点：适合大规模工业化生产、工艺简单、生产成本低。2、塑料封装的缺点：（1）普遍存在较高的吸湿性；由于塑封器件吸潮，会使器件的寿命降低。（2）由于采用非气密性封装会受到生产环境的污染物钠离子（Na+）、塑封料残存的氯离子（Cl-）杂质的影响，易造成器件的电参数发生不良变化，最终会导致器件开路而失效。4.4.2塑料封装吸潮引起的开裂现象1、对于PDIP、PGA有引脚的塑料封装器件焊接时使用波峰焊，高温Pb-Sn（铅－锡）只与器件的引脚接触，虽然热量通过引脚可传到塑料壳体，但因焊接时间很短（几秒钟），焊接温度一般为183度－190度，传到壳体的热量不致使塑料温度升高许多，而壳体的中、上部温升更低。因此，稍热的水汽产生的压力对这类封装本以较厚的壳体不会造成任何破坏性的后果。波峰焊机器图片2、对于表面安装器件（SMD）SMD器件目前采用的焊接技术是再回流焊，所有的SMD整体都要经历215－240°C的高温过程。若此时塑料壳体充满湿汽，焊接时，水汽就会急剧膨胀，聚集形成较大的水汽压，从而可能出现塑料开裂现象。

再流焊机图片注意：断裂既可以出现在塑封体膨胀时候，也可能出现在塑封体后来冷却收缩至正常尺寸的时候。塑封器件开裂图片（1）塑封器件开裂图片（2）4.4.3塑料封装吸潮开裂的机理1、开裂机理描述塑封开裂过程分为水汽吸收聚蓄期、水汽蒸发膨胀期和开裂萌生扩张期三个阶段。（1）塑封器件在使用前都处于存储期，这期间要吸收一定量的水汽。封装中水汽的饱和程度取决于存储的环境湿度、温度、时间及塑料的水汽平衡“溶解度”等，此时的塑封器件处于相对应力平衡度，不会发生任何开裂现象。（2）塑封器件使用时，当器件处于焊接预热直至高温时（215－240°C），水汽受热蒸发，蒸汽压逐步上升，使塑料受力而膨胀。当其超过塑料与引线框架或塑料与芯片粘接剂的粘接强度时，就会发生塑料与二者间的分层和空隙，蒸汽继续由空隙向外扩张，从而在封装的较薄的一面形成一个特有的压力圆顶。（3）当蒸汽压力继续增加时，在应力集中的最薄弱处就萌生裂纹，在蒸汽压的作用下，会使裂纹扩张直至边界面。此时，水蒸汽从裂纹中不断溢出，压力圆顶塌陷，完成了塑封器件的开裂过程。2、引起开裂的原因（1）塑封器件热膨胀系数主要原因：引线框架、芯片、和塑封料的热膨胀系数不同引起的。（2）焊接温度、引线框架的设计和表面情况、塑料强度、芯片大小及塑料的厚度（最为关键）等。总之，水汽是引起塑封器件开裂的外部原因，而塑封器件结构所形成的热失配才是引起塑封器件开裂的根本性内在原因。框架图片3、封装的水汽吸收与湿度密切相关（1）封装的水汽吸收与环境相对湿度密切相关图4－20（2）封装存储期吸收的水汽也与存储环境的湿度有关图2－214.4.4塑料封装吸潮开裂的对策1、从封装结构的改进上增强抗开裂的能力（1）增加芯片四周和底部塑封料的厚度，可防止开裂。（2）增加引脚上芯片键合区的表面粗糙度来提高与塑封料的结合力，尽可能减少开裂。2、对塑封器件进行适宜的烘烤是防止开裂的有效措施（1）高温烘烤法条件：温度为125度，相对湿度<50％，时间为24h不适合塑料管式包装或编带包装的塑封器件。优点：花费时间短；缺点：不能反复烘烤，最多为两次。因为经高温烘烤后，引脚金属间的化合物会增厚，影响引脚的可焊性。（2）低温烘烤法条件：温度为40－45度，烘箱内相对湿度<5％，时间为196h（8天）适合塑料管式包装或编带包装的塑封器件。优点：可以承受多次低温烘烤周期，安全可靠，不会使引脚金属间化合物增加，也不会影响可焊性；缺点：占用时间多3、合适的包装和良好的储存条件使控制塑封器件吸潮的必要手段