關(guān)于灌封器件破壞性物理分析問(wèn)題探討

姜吉 陳爾鵬 陽(yáng)秋光

摘要：為了提高電子元器件或組裝部件抗高強(qiáng)度沖擊、劇烈振動(dòng)和高低溫沖擊的性能，往往對(duì)其進(jìn)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(zhì)量評(píng)價(jià)的有效方法，研究通過(guò)那些工作項(xiàng)目對(duì)灌封工藝器件進(jìn)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(guò)介紹灌封材料、灌封工藝以及典型器件失效案列等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析和探討，總結(jié)該類型器件破壞性分析注意那些因素，有利于推進(jìn)該類型器件破壞性物理分析（DPA）工作。

關(guān)鍵詞：灌封;組裝部件;DPA;可靠性

1 引言

隨著科技的發(fā)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(lái)越多的灌封的電子元器件和組裝部件應(yīng)用于航天、航空和航海領(lǐng)域。目前灌封的材料數(shù)目繁多，但是以各種合成聚成物為主導(dǎo)，其包含有環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、液晶聚合物、各類聚氨脂等。

灌封工藝技術(shù)一般采用某種合成聚成物在固化前器件內(nèi)部抽取真空下填充到元器件內(nèi)部電路周圍，達(dá)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(shù)的基礎(chǔ)，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(guān)鍵。為了提高灌封器件的使用可靠性，通過(guò)破壞性物理分析發(fā)現(xiàn)灌封器件存在的工藝缺陷、電路板離子污染等問(wèn)題，文章通過(guò)案例介紹灌封器件失效分析過(guò)程及如何加強(qiáng)對(duì)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(wú)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(chǎn)廠家通常選用真空灌注的工藝流程的生產(chǎn)性能較好。為了保證器件生產(chǎn)的質(zhì)量，根據(jù)灌封材料的不同，需編制不同的生產(chǎn)工藝流程，生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行。目前一般的灌封器件工藝流程如圖1所示如下：

灌封過(guò)程中一般應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）由于膠料倒處易流動(dòng)，應(yīng)避免漏流和污染環(huán)境。

2）灌封過(guò)程中應(yīng)在真空潔凈環(huán)境進(jìn)行，避免環(huán)境污染。

3）灌封料進(jìn)行灌封前應(yīng)去除氣泡。

3 灌封器件破壞性物理分析工作項(xiàng)目探討

灌封器件進(jìn)行DPA，參考GJB4027A-2006（密封混合集成電路DPA項(xiàng)目）進(jìn)行，GJB4027A-2006工作項(xiàng)目工作項(xiàng)目如下表1所示：

但是灌封器件內(nèi)部空腔被灌封料填充，導(dǎo)致粒子碰撞噪聲檢測(cè)（PIND）、密封和鍵合強(qiáng)度等試驗(yàn)不適用，實(shí)際的工作項(xiàng)目只有外部目檢、X射線檢查和內(nèi)部目檢。

3.1 灌封器件失效案例分析

日前，以某廠生產(chǎn)的DQC15-28D15FM-M型DC/DC變換器為例，進(jìn)行DPA項(xiàng)目。

從器件外觀觀察，未見明顯異常、無(wú)受外部機(jī)械應(yīng)力損傷的痕跡。用外用表對(duì)變換器對(duì)輸入、輸出阻抗進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)輸入與輸出端阻抗正常，無(wú)短路、斷路等異常情況。對(duì)器件輸入端施加24V直流電壓，輸出端使用示波器進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)使用絕緣體敲擊變換器外殼，發(fā)現(xiàn)無(wú)輸出現(xiàn)象。

將器件金屬外殼去除，對(duì)內(nèi)部進(jìn)行目檢，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有液體等多余物殘留，見圖2，使用木質(zhì)牙簽將內(nèi)部灌封膠去除，在去膠過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有如下現(xiàn)象：

（1）發(fā)現(xiàn)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(guò)程中對(duì)內(nèi)部元件脫離后的焊點(diǎn)進(jìn)行局部觀察，發(fā)現(xiàn)器件脫離后的焊盤表面有鍍層脫落現(xiàn)象（具體形貌見圖3所示）

（3）對(duì)焊接的PCB板上電容、電感元器件進(jìn)行剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部元件剪切強(qiáng)度不合格的現(xiàn)象。

對(duì)于出現(xiàn)器件脫離焊盤反饋生產(chǎn)廠，生產(chǎn)廠按照?qǐng)D4故障樹，逐步進(jìn)行排查，故障樹見圖4所示：

生產(chǎn)廠通過(guò)故障樹對(duì)樣品的材料，生產(chǎn)工藝等因素進(jìn)行逐一分析得出：樣品失效是由于基板銅層受污染，導(dǎo)致樣品焊接不良，樣品裝上整機(jī)后進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中樣品內(nèi)部元件焊接附著力不夠?qū)е聵悠肥А?/p>

3.2 灌封器件工作項(xiàng)目探討

針對(duì)上述的失效分析案列分析可知，灌封類器件只通過(guò)外觀檢查、X射線檢查和內(nèi)部目檢進(jìn)行DPA，無(wú)法全面對(duì)該類型器件進(jìn)行批質(zhì)量評(píng)價(jià)。目前實(shí)際進(jìn)行DPA工作時(shí)，灌封器件灌封料按照硬度分為硬膠和軟膠，對(duì)于灌封料可以通過(guò)機(jī)械方式去除，結(jié)合失效分析的機(jī)理，為了提高該類型器件的使用可靠性，可增加剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，剪切強(qiáng)度試驗(yàn)后再進(jìn)行局部檢查，檢查焊盤的銅層、鍍錫是否脫落，必要時(shí)應(yīng)對(duì)器件焊盤進(jìn)行掃描電鏡檢查能譜分析，以此達(dá)到提高該類型器件的質(zhì)量管控（具體試驗(yàn)流程見表2所示），而對(duì)于通過(guò)化學(xué)有機(jī)溶劑去除灌封硬膠的器件，由于化學(xué)有機(jī)溶劑去除硬膠對(duì)器件的剪切強(qiáng)度產(chǎn)生影響，則可不按照此方法進(jìn)行。

4 結(jié)論

近幾年來(lái)，DPA工作依據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題和適時(shí)豐富各類型器件DPA試驗(yàn)項(xiàng)目，以此提高元器件的質(zhì)量管控，文章通過(guò)介紹灌封器件失效分析案例機(jī)理介紹，適時(shí)增加試驗(yàn)項(xiàng)目以此提高該類型器件的使用可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅剛.電子元器件灌封材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與術(shù)，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(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).

[3]袁振.特種聚胺脂灌封膠的研制[J].北京化工大學(xué)，2010.

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