一、吸濕機(jī)理及失效形式

塑封材料通常為高分子聚合物，其分子結(jié)構(gòu)具有一定的極性，容易吸附環(huán)境中的水分子。水分子通過擴(kuò)散作用進(jìn)入材料內(nèi)部，并可能積聚于材料缺陷處或界面區(qū)域。吸濕后材料的失效形式主要包括以下幾類：

1、材料膨脹：吸水后聚合物分子鏈間距增大，導(dǎo)致整體尺寸變化，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

2、界面分層：水分在塑封料與芯片、引線框架等界面處聚集，降低粘接強(qiáng)度，導(dǎo)致分層現(xiàn)象。

3、金屬腐蝕：侵入的水分與污染物結(jié)合形成電解液，加速內(nèi)部金屬部件的電化學(xué)腐蝕。

4、性能劣化：吸水可能導(dǎo)致材料介電常數(shù)變化、絕緣性能下降，影響器件電氣特性。

二、影響吸濕的主要因素

1、材料性質(zhì)：不同樹脂體系（如環(huán)氧樹脂、硅酮等）的吸濕率存在差異。極性較強(qiáng)的材料通常更易吸濕。

2、環(huán)境條件：高溫高濕環(huán)境顯著加速吸濕過程。例如在濕度較高的地區(qū)，塑封器件儲(chǔ)存時(shí)需格外注意。

3、封裝工藝：塑封過程中的固化程度、界面處理工藝等會(huì)影響材料致密性和界面結(jié)合力，從而影響吸濕速率和耐濕性。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：塑封體厚度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜度及界面形態(tài)等因素也會(huì)影響水汽擴(kuò)散路徑和聚集區(qū)域。

三、吸濕失效的分析方法

為準(zhǔn)確判斷吸濕是否導(dǎo)致失效，需通過以下方法進(jìn)行綜合分析：

1、重量法：通過測量樣品在恒溫恒濕環(huán)境下的重量變化，計(jì)算吸濕率和擴(kuò)散系數(shù)。

2、熱分析：采用熱重分析（TGA）或差示掃描量熱法（DSC）觀察材料在加熱過程中的水分揮發(fā)及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度變化。

3、形貌觀察：利用掃描電子顯微鏡（SEM）或超聲掃描（C-SAM）檢查界面分層、裂紋等缺陷。

4、電氣測試：測量絕緣電阻、介質(zhì)耐壓等參數(shù)，評估吸濕對電氣性能的影響。

四、改善吸濕可靠性的措施

1、材料選型：選擇低吸濕率、高粘結(jié)強(qiáng)度的塑封材料，例如部分改性環(huán)氧樹脂或復(fù)合體系。

2工藝控制：優(yōu)化固化工藝，提高材料交聯(lián)密度；加強(qiáng)界面清潔和處理，改善結(jié)合質(zhì)量。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：避免尖銳棱角，減少應(yīng)力集中區(qū)域；合理設(shè)計(jì)厚度和排氣結(jié)構(gòu)，降低水汽侵入概率。

4、存儲(chǔ)與使用環(huán)境：嚴(yán)格控制倉儲(chǔ)濕度條件，建議在干燥環(huán)境中存儲(chǔ)和操作；對于敏感器件，可采用防潮包裝并標(biāo)注開封后的使用時(shí)限。

五、案例說明

某類型集成電路在客戶端發(fā)現(xiàn)批量失效，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)塑封體與引線框架界面存在明顯分層。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，該批次器件在生產(chǎn)后倉儲(chǔ)環(huán)境中濕度較高，且材料本身粘結(jié)性能不足，導(dǎo)致吸濕后界面強(qiáng)度顯著下降。通過更換塑封料型號并改善存儲(chǔ)條件，后續(xù)產(chǎn)品未再出現(xiàn)同類問題。

塑封材料吸濕失效是一個(gè)涉及材料、工藝、環(huán)境等多方面的復(fù)雜問題。通過合理選材、優(yōu)化工藝及控制環(huán)境條件，可有效提高器件的耐濕性能和長期可靠性。