什么是潮湿敏感器件
潮湿敏感器件,简称MSD,特指那些对环境中水分极为敏感的电子元器件,尤其是采用塑料封装的表面贴装器件。
为什么塑封集成电路如此普及?是因为其成本更低、重量更轻、尺寸更小,同时还具备良好的机械坚固性。正是这些特点,使塑封器件几乎垄断了民用电子产品市场。
MSD失效的核心机理:“爆米花”效应
第一阶段:吸潮
当MSD暴露在空气中,大气中的水分会悄无声息地通过扩散作用,渗透进入封装材料内部。这些水分不会均匀分布,更容易在材料界面处聚集,例如芯片与塑封料相结合的边缘。
第二阶段:加热
在回流焊环节,当器件经历高温时,内部积聚的水分受热后迅速汽化。
第三阶段:失效
水汽化后体积急剧膨胀,形成强大的蒸汽压力。由于不同材料的热膨胀系数不匹配,该压力会在界面处集中释放,最终引发封装分层、内部裂纹或键合点损伤。严重时,封装外壳会鼓起甚至破裂。
MSD失效的表现形式
1.内部裂纹:器件芯片内部产生微裂纹,如同玻璃内部的裂痕,虽未完全破碎但强度已大幅降低
2.电气故障:表现为开路、短路或漏电,导致电路功能异常
3.连接失效:键合引线变细或断裂,导致电气连接中断
4.界面分层:塑封料从芯片或引脚框架上分离,破坏了原有的结构完整性
5.完全破坏:封装材料爆裂,即典型的“爆米花”现象
大多数MSD失效在发生后,从外观上难以识别。在测试阶段,这类问题未必会立即表现为完全失效。例如,键合引线可能仅被拉细,处于未完全断开状态,测试时仍能维持电气连接。直到产品实际使用中,因温度变化引起材料热膨胀系数差异,已受损的连接才会彻底断裂。这种延迟与隐蔽特性,使MSD失效更具风险。
MSL分级体系
对于MSL 6级或已超出车间寿命的元件,在使用前必须进行烘烤,并在标签规定的时间内完成回流焊接。在对可靠性要求较高的领域,如汽车电子或航空航天,有时会禁止使用MSL 5级及以上的元器件,以从源头上控制风险。
在实际生产中,我们可以通过元器件包装纸盒和防静电包装袋上的标签来识别MSL等级,这些标识为生产处理提供了明确的指导。
影响MSD失效的因素
怎么预防MSD失效
(一)防潮包装技术
业界数据表明,在各种应力诱发的器件失效机制中,潮湿敏感失效占据了10~15%的比例,这一相当高的数字凸显了防潮包装的重要性。以下是防潮四大要素:
4. 潮敏标签:明确标识器件的潮湿敏感等级和注意事项。
(二)环境控制措施
3.暴露时间:严格记录从拆封到焊接完成的时间。
(三)烘烤处理
根据行业标准,需要根据器件的潮湿等级和封装特性,选择对应的烘烤条件。烘烤温度和时间需要精确控制,不足的烘烤无法彻底去除内部潮气,而过度烘烤则可能损伤器件性能,甚至加速材料老化。
(四)设计和工艺预防措施
4.加强手工焊接和维修处理的管控:建立严格的维修操作规范,确保维修人员了解并遵守MSD处理要求。
总结


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