關于灌封器件破壞性物理分析問題探討

姜吉 陳爾鵬 陽秋光

摘要：為了提高電子元器件或組裝部件抗高強度沖擊、劇烈振動和高低溫沖擊的性能，往往對其進行灌封，灌封工藝的好壞直接決定著器件的使用可靠性，破壞性物理分析作為批質量評價的有效方法，研究通過那些工作項目對灌封工藝器件進行分析，以此提高該類型器件的使用可靠性顯得非常重要。文章通過介紹灌封材料、灌封工藝以及典型器件失效案列等幾個方面來進行分析和探討，總結該類型器件破壞性分析注意那些因素，有利于推進該類型器件破壞性物理分析（DPA）工作。

關鍵詞：灌封;組裝部件;DPA;可靠性

1 引言

隨著科技的發展，由于灌封工藝器件具有耐潮濕、腐蝕以及抗沖擊等性能，越來越多的灌封的電子元器件和組裝部件應用于航天、航空和航海領域。目前灌封的材料數目繁多，但是以各種合成聚成物為主導，其包含有環氧樹脂、聚酰亞胺、液晶聚合物、各類聚氨脂等。

灌封工藝技術一般采用某種合成聚成物在固化前器件內部抽取真空下填充到元器件內部電路周圍，達到加固和提高耐潮濕、腐蝕以及抗沖擊等性能。灌封工藝的好壞直接決定著灌封器件的可靠性，而灌封材料是灌封工藝技術的基礎，熟悉灌封材料的性能，選擇合理的灌封材料，是灌封工藝好壞的關鍵。為了提高灌封器件的使用可靠性，通過破壞性物理分析發現灌封器件存在的工藝缺陷、電路板離子污染等問題，文章通過案例介紹灌封器件失效分析過程及如何加強對該類型器件的破壞性物理分析（DPA）。

2 灌封器件工藝流程

灌封工藝按照電器絕緣處理方式不同分為模具壓塊成型和無模具壓塊成型兩種。模具壓塊成型分為真空灌注和澆注兩種方式。一般在其他條件相同下生產廠家通常選用真空灌注的工藝流程的生產性能較好。為了保證器件生產的質量，根據灌封材料的不同，需編制不同的生產工藝流程，生產過程嚴格按照生產工藝流程進行。目前一般的灌封器件工藝流程如圖1所示如下：

灌封過程中一般應注意以下幾個問題：

1）由于膠料倒處易流動，應避免漏流和污染環境。

2）灌封過程中應在真空潔凈環境進行，避免環境污染。

3）灌封料進行灌封前應去除氣泡。

3 灌封器件破壞性物理分析工作項目探討

灌封器件進行DPA，參考GJB4027A-2006（密封混合集成電路DPA項目）進行，GJB4027A-2006工作項目工作項目如下表1所示：

但是灌封器件內部空腔被灌封料填充，導致粒子碰撞噪聲檢測（PIND）、密封和鍵合強度等試驗不適用，實際的工作項目只有外部目檢、X射線檢查和內部目檢。

3.1 灌封器件失效案例分析

日前，以某廠生產的DQC15-28D15FM-M型DC/DC變換器為例，進行DPA項目。

從器件外觀觀察，未見明顯異常、無受外部機械應力損傷的痕跡。用外用表對變換器對輸入、輸出阻抗進行測量，確認輸入與輸出端阻抗正常，無短路、斷路等異常情況。對器件輸入端施加24V直流電壓，輸出端使用示波器進行檢測，同時使用絕緣體敲擊變換器外殼，發現無輸出現象。

將器件金屬外殼去除，對內部進行目檢，未發現內部有液體等多余物殘留，見圖2，使用木質牙簽將內部灌封膠去除，在去膠過程中，發現有如下現象：

（1）發現器件電感整體脫離焊盤（具體形貌見圖2所示）

（2）在解剖變換器過程中對內部元件脫離后的焊點進行局部觀察，發現器件脫離后的焊盤表面有鍍層脫落現象（具體形貌見圖3所示）

（3）對焊接的PCB板上電容、電感元器件進行剪切強度試驗，發現內部元件剪切強度不合格的現象。

對于出現器件脫離焊盤反饋生產廠，生產廠按照圖4故障樹，逐步進行排查，故障樹見圖4所示：

生產廠通過故障樹對樣品的材料，生產工藝等因素進行逐一分析得出：樣品失效是由于基板銅層受污染，導致樣品焊接不良，樣品裝上整機后進行振動試驗過程中樣品內部元件焊接附著力不夠導致樣品失效。

3.2 灌封器件工作項目探討

針對上述的失效分析案列分析可知，灌封類器件只通過外觀檢查、X射線檢查和內部目檢進行DPA，無法全面對該類型器件進行批質量評價。目前實際進行DPA工作時，灌封器件灌封料按照硬度分為硬膠和軟膠，對于灌封料可以通過機械方式去除，結合失效分析的機理，為了提高該類型器件的使用可靠性，可增加剪切強度試驗，剪切強度試驗后再進行局部檢查，檢查焊盤的銅層、鍍錫是否脫落，必要時應對器件焊盤進行掃描電鏡檢查能譜分析，以此達到提高該類型器件的質量管控（具體試驗流程見表2所示），而對于通過化學有機溶劑去除灌封硬膠的器件，由于化學有機溶劑去除硬膠對器件的剪切強度產生影響，則可不按照此方法進行。

4 結論

近幾年來，DPA工作依據現有標準時，要根據實際出現的質量問題和適時豐富各類型器件DPA試驗項目，以此提高元器件的質量管控，文章通過介紹灌封器件失效分析案例機理介紹，適時增加試驗項目以此提高該類型器件的使用可靠性。

參考文獻：

[1]羅剛.電子元器件灌封材料的現狀及發展趨勢[J].實驗科學與術，2010（3）：24-26+37.

[2]GJB4027A-2006 軍用電子元器件破壞性物理分析方法[S].國防科學技術工業委員會.

[3]袁振.特種聚胺脂灌封膠的研制[J].北京化工大學，2010.

[4]廖明惠.灌封與膠介材料工藝的發展[J].航天制造技術，1999（2）：63-66.