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濕度對(duì)非氣密封電子元件及片式鉭電容器的使用可靠性影響

來源:可靠性技術(shù)交流        編輯:小月亮    2020-07-20 16:46:58     加入收藏

何種類的電子元器件按照封裝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)來分解都可以簡單分為基體部分和外層封裝部分,外層封裝形式按照密封特點(diǎn)可以簡單分為氣密封和非氣密封兩種形式。氣密封的電子元件一般都直接采用金屬或有機(jī)物把芯子裝配進(jìn)入外殼后,再進(jìn)行焊接或粘接。

  何種類的電子元器件按照封裝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)來分解都可以簡單分為基體部分和外層封裝部分,外層封裝形式按照密封特點(diǎn)可以簡單分為氣密封和非氣密封兩種形式。氣密封的電子元件一般都直接采用金屬或有機(jī)物把芯子裝配進(jìn)入外殼后,再進(jìn)行焊接或粘接。

  氣密封的電子元件內(nèi)部與空氣完全隔開,電性能在工作時(shí)不會(huì)受到濕度不斷變化的大氣影響,可靠性也較高。采用氣密封的電子元件的電性能一般都對(duì)空氣濕度非常敏感,濕度的變化不光會(huì)對(duì)電信能造成明顯影響,甚至還會(huì)對(duì)可靠性直接造成影響。

  因此,都是非采用氣密封不可的元件。非氣密封的電子元器件為了保證性能盡可能不受到大氣環(huán)境影響過多,一般都采用環(huán)氧樹脂封裝,以保證元件具有一定的防潮性,介電性和強(qiáng)度。

  采用非氣密封方式封裝的電子元件一般都是各種電性能對(duì)濕度不太敏感的半導(dǎo)體器件,由于芯子組成材料多數(shù)都是在高溫下形成的固態(tài)化合物或氧化物,在常溫和一定濕度下化學(xué)穩(wěn)定性較高,因此,即使使用時(shí)存在一定濕度,也不至于對(duì)基本性能和可靠性造成決定性影響。

  出于對(duì)元件芯子的保護(hù)要求,此類元件采用的環(huán)氧樹脂實(shí)際上并非只是在高溫下會(huì)形成穩(wěn)定,不可逆交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱固型環(huán)氧樹脂,而是在環(huán)氧樹脂中還加入了80~90%的超細(xì)二氧化硅粉形成的混合物。

  此類環(huán)氧樹脂在室溫時(shí)呈固態(tài),在一定溫度和壓力下很快形成凝膠態(tài),再在一定溫度下保持一定時(shí)間,環(huán)氧樹脂會(huì)快速形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu),與硅粉一起徹底固化成具有一定強(qiáng)度,又一定防潮性,具有很高介電常數(shù),不燃燒的玻璃化環(huán)氧基包封層。

  由于此類環(huán)氧樹脂在塑封時(shí)必須在150~180℃的高溫高壓下快速被注射進(jìn)入精密模具腔體,因此,塑封后的環(huán)氧樹脂層即使在200倍的顯微鏡下也不存在微細(xì)氣孔,密封性良好,可以滿足各類半導(dǎo)體芯組的密封要求。

  但是,由于任何電子元件的芯子都需要引線與電路聯(lián)通,而此類引線必須使用熱膨脹率與環(huán)氧包封層不同的金屬,因此,當(dāng)溫度出現(xiàn)變化時(shí),在芯子引出線和環(huán)氧樹脂包封層之間還是會(huì)形成液體不能進(jìn)入,但氣體可以進(jìn)入的微細(xì)縫隙。這些微細(xì)的縫隙在一定時(shí)間內(nèi)仍然無法阻止各種氣體和水汽的緩慢滲入。

  采用此類封裝方式的元件一般也可稱為半密封元件。

  不同類型的電子元件由于使用材料對(duì)濕度敏感程度的不同而分為不同等級(jí),不同濕度敏感等級(jí)的電子元件在交付與使用前,必須采用不同方式的密封包裝形式,以防止從生產(chǎn)出來到使用期間在空氣中暴露時(shí)間過長而過量吸潮導(dǎo)致的各種質(zhì)量問題。

  按照吸潮對(duì)電性能影響程度的不同,電子元件的濕度敏感等級(jí)可以劃分為8級(jí),它們分別為:1,2,2A,3,4,5,5A,6

  八個(gè)級(jí)別。數(shù)字越大,表示該元件對(duì)濕度的敏感等級(jí)越高,在包裝盒轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)必須有嚴(yán)格的包封方式和明確的儲(chǔ)存時(shí)間和溫度及濕度要求。

  對(duì)于二氧化錳做陰極的片式鉭電容器,它的濕度敏感等級(jí)是 3級(jí),而對(duì)于陰極采用3,4乙烯二氧噻吩【聚噻吩】導(dǎo)電高分子材料的片式鉭電容器,由于其陰極有較強(qiáng)的親水性,

  因此,它的濕度敏感等級(jí)為5A級(jí)。

  根據(jù)大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì),濕度敏感等級(jí)小于2級(jí)的電子元件,在轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存時(shí)均無需使用可以防止吸潮的真空包裝,只是做好強(qiáng)度和防靜電包封就可以滿足要求。這類電子元件即使在空氣中暴露時(shí)間較長(一星期至數(shù)月),如果不考慮引腳氧化和表面活性下降對(duì)可焊性影響,吸潮程度較低,對(duì)電性能基本沒有影響。

  而濕度敏感等級(jí)為3級(jí)以上的電子元件,在轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存期間,必須使用可以防止吸潮的真空包裝,而且在濕度為40%以上的空氣中暴露時(shí)間不能超過24小時(shí)。如果因?yàn)槿魏卧蛑率乖擃愲娮釉诳諝庵蟹胖脮r(shí)間超過24小時(shí),在焊接使用前必須對(duì)該電子元件進(jìn)行一定溫度,一定時(shí)間的烘干去潮氣處理。

  否則,當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)的載流焊接或波峰焊接時(shí),由于在180度以上停留時(shí)間會(huì)超過90秒,內(nèi)部吸附的水汽會(huì)迅速瞬間氣化,導(dǎo)致元件內(nèi)部瞬間壓力過高,造成外包封層破裂或電性能失效。此類現(xiàn)象有人形象地成為‘爆米花’現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象的原因,主要是因?yàn)槲降乃衷跉饣瘯r(shí),一個(gè)體積的水會(huì)變?yōu)?0倍的摩爾體積,破壞性可想而知。

  對(duì)于由于在轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存過程中嚴(yán)重吸潮的3級(jí)以上的電子元件,如果使用手工焊,則使用前不必繼續(xù)去潮氣處理,待通電時(shí)其內(nèi)部吸附的水汽會(huì)緩慢釋放出來,對(duì)外觀和性能基本沒有影響。如果使用載流焊接或其他自動(dòng)焊接方式,必須在使用前進(jìn)行一定溫度和一定時(shí)間的徹底去潮處理。對(duì)于片式鉭電容器,經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn),我們推薦的去除潮氣的溫度和時(shí)間為;

  125℃/12小時(shí),85度/48小時(shí)。以上時(shí)間和溫度適用于D殼以上的體積較大產(chǎn)品。如果體積較小,則時(shí)間可以適當(dāng)縮短。具體時(shí)間以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。

  實(shí)際上半密封的電子元件在轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存上使用真空包封還有另外一個(gè)目的,那就是防止引線由于高溫高濕而氧化或表面活性喪失??偟膩碚f,對(duì)于半密封的各類電子元件在轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存過程中進(jìn)行嚴(yán)格的防潮,是保證電子元件可靠性的非常必要的手段。此點(diǎn)請(qǐng)制造者和使用者務(wù)必注意。

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