湿度敏感电子元器件质量控制方法

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1、湿度敏感电子元器件质量控制方法摘要：随着集成电路封装小型化以及表面贴装技术的发展，非气密性表面贴装器件(SMD)的发展非常迅速，但由于吸湿的缘故，其失效率也居高不下。本文主要分析非气密性表面贴装器件的失效机理，并对这一类的器件的质量控制方法进行了介绍。关键词：适度敏感器件；非气密性表面贴装器件；层1引言随着集成电路封装小型化以及表面贴装技术的发展，非气密性表面贴装器件(SMD)的发展非常迅速，但由于吸湿的缘故，在贴装过程中可能会导致失效。2湿度敏感器件(MSD)根据相关标准，MSD主要指非气密性表面贴装器件(SMD)，包括塑料封装、其他透水性聚合物封装(环氧、有机硅树脂等)，一'

2、般集成电路、芯片、电解电容、发光二极管等都属于非气密性SMD器件。3失效分析(1)分层产生的机理由于MSD器件的封装材料与其他材料之间的界面属于粘合结构（即界面的两种材料通过分子之间的作用力结合在一起），而不是两种材料互溶、互扩散、形成化合物的结构。那么在其暴露于大气中的过程中，大气中的水分会通过扩散渗透到器件的封装材料内部。当器件经过贴片贴装到PCB上以后，要流到回流焊炉内进行回流焊接。在回流区，整个器件要在183°C以上30〜90s左右，最高温度可能在210〜235°C（SnPb共晶），无铅焊接的峰值会更高，在245°C左右。在回流区的高温作用下，器件内部的水汽会快速膨胀，器

3、件的不同材料之间的配合会失去调节，各种连接则会产生不良变化，从而导致器件剥离分层（如图一、图二所示）或者爆裂，于是器件的电器性能受到影响或者破坏。然而像ESD破坏一样，大多数情况下，肉眼是看不出来这些变化的，而且在测试过程中，也不会表现为完全失效。图1水分膨胀导致分层过程图2分层在塑封集成电路中存在的四种形态分层产生的原因1.MSD器件的包装及存储环境未达到要求MSD的湿敏等级按J-STD-020D《Moisture/ReflowSensitivityClassificationforNonhermeticSolidStateSurfaceMountDevices))国际标准的相

4、关要求，可分为6大类，其中湿敏等级属于2〜6级的器件必须采用防潮包装。而且，一旦把器件从防潮包装中拿出来，就必须在规定的时间内组装上板，否则就有可能失效或产生可靠性问题。因此，若MSD器件供货时已无防潮包装，入库时又不进行烘干处理并抽真空包装，在南方这种湿度较大的存储环境下，势必会造成大量MSD器件吸湿受潮。1.受潮的MSD器件上板前未进行预处理目前在大多数企业使用的MSD器件的湿敏等级多为3级，对于此类器件而言，打开防潮包装后，必须在168小时内进行组装上板，若超过此期限，则使用前必须重新烘干。对于BGA封装器件，则无论是否超过规定期限，使用前都必须重新烘干，然后根据湿度敏感警

5、示标志上的说明在规定的时间内进行回流焊接。若上板前己超过标准规定的时间期限，而且上板前也没有经过烘干的工序，怎会造成MSD器件吸湿受潮。2.MSD涉及的制造工艺发生变化无铅合金的回流峰值温度相较于SnPb共晶更高，可能使MSD的湿度敏感性至少下降1或2个等级。(2)典型器件失效分析以ADSP-TS101SAB2器件为例，具体分析如下：1.圭寸装形式图3BGA封装示意图2.原因分析由于ADSP-TS101SAB2器件属于BGA封装，其引脚在焊接时具有不可见性，故不能像常规方法对引脚加热焊接，只能采用间接加热的方法。即热量从芯片上部先对芯片加热，然后热量通过芯片再传导到锡球上，锡球融

6、化后就把芯片与PCB上的焊盘链接上。其热量传递过程如下图所示：图4加热中热量传递过程分析由于锡球呈一定距离分布在芯片下，热量通过锡球传递到PCB上时传递路径很窄，热通道受阻，将导致热量大量在芯片上堆积，此时器件如果在潮湿环境中吸附了水汽，则会由于汽化膨胀造成芯片与基板之间发生大面积分离，造成器件失效。但也有可能当温度恢复到常温时，芯片又会接触到基板形成临时性的电连接，但这种电连接是不稳定的，任何热的或机械应力都可能造成这种连接再次分离或接触。3.超声波扫描照片4质量控制方法分层是塑封芯片的一种严重失效模式，可引起器件性能下降、甚至失效。如：分层发生在塑料与芯片的界面，一方面，可引

7、起芯片的键合引线由于机械拉伸，键合引线(包括内、外键合点)产生机械损伤而导致连接电阻增大或开路；另方面，可引起芯片表面钝化层损伤，导致芯片漏电增加、击穿电压下降、金属化条断裂等；再者，塑料与芯片界面的分层，导致水汽更容易进入到芯片表面，使芯片性能下降。所以，必须加以重视。(1)MSD的标识和跟踪要控制MSD,首先要知道哪些器件属于MSD器件。即应要求供应商确保供应的器件是被正确包装的，且包装上应标明器件的MSL，以便于我们了解器件的湿度敏感性信息，采取相应措施。其次，应建立公司所