湿度对非气密封电子元件的使用可靠性影响——可靠性技术

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任何种类的电子元器件按照封装结构结构来分解都可以简单分为基体部分和外层封装部分,外层封装形式按照密封特点可以简单分为气密封和非气密封两种形式。气密封的电子元件一般都直接采用金属或有机物把芯子装配进入外壳后,再进行焊接或粘接。

湿度对非气密封电子元件的使用可靠性影响一般使用温湿度交变试验箱或者恒温恒湿试验箱、高低温湿热交变试验箱等环境试验设备做相关可靠性检测试验。

湿度对电子元件的可靠性影响

气密封的电子元件内部与空气完全隔开,电性能在工作时不会受到湿度不断变化的大气影响,可靠性也较高。采用气密封的电子元件的电性能一般都对空气湿度非常敏感,湿度的变化不光会对电信能造成明显影响,甚至还会对PCBA可靠性直接造成影响。因此,都是非采用气密封不可的元件。非气密封的电子元器件为了保证性能尽可能不受到大气环境影响过多,PCBA加工厂家一般都会采用环氧树脂封装,以保证元件具有一定的防潮性,介电性和强度。

1、采用非气密封方式封装的电子元件

采用非气密封方式封装的电子元件一般都是各种电性能对湿度不太敏感的半导体器件,由于芯子组成材料多数都是在高温下形成的固态化合物或氧化物,在常温和一定湿度下化学稳定性较高,因此,即使使用时存在一定湿度,也不至于对基本性能和可靠性造成决定性影响。

2、采用半密封方式封装的电子元件

出于对元件芯子的保护要求,此类元件采用的环氧树脂实际上并非只是在高温下会形成稳定,不可逆交联结构的热固型环氧树脂,而是在环氧树脂中还加入了80-90%的超细二氧化硅粉形成的混合物。此类环氧树脂在室温时呈固态,在一定温度和压力下很快形成凝胶态,再在一定温度下保持一定时间,环氧树脂会快速形成稳定的交联结构,与硅粉一起彻底固化成具有一定强度,又一定防潮性,具有很高介电常数,不燃烧的玻璃化环氧基包封层。

由于此类环氧树脂在塑封时必须在150-180的高温高压下快速被注射进入精密模具腔体,因此,塑封后的环氧树脂层即使在200倍的显微镜下也不存在微细气孔,密封性良好,可以满足各类半导体芯组的密封要求。

但是,由于任何电子元件的芯子都需要引线与电路联通,而此类引线必须使用热膨胀率与环氧包封层不同的金属,因此,当温度出现变化时,在芯子引出线和环氧树脂包封层之间还是会形成液体不能进入,但气体可以进入的微细缝隙。这些微细的缝隙在一定时间内仍然无法阻止各种气体和水汽的缓慢渗入。

采用此类封装方式的元件一般也可称为半密封元件。

3、电子元件湿度敏感等级

不同类型的电子元件由于使用材料对湿度敏感程度的不同而分为不同等级,不同湿度敏感等级的电子元件在交付与使用前,必须采用不同方式的密封包装形式,以防止从生产出来到使用期间在空气中暴露时间过长而过量吸潮导致的各种质量问题。按照吸潮对电性能影响程度的不同,电子元件的湿度敏感等级可以划分为8级,它们分别为;1,2,2A,3,4,5,5A,6

八个级别。数字越大,表示该元件对湿度的敏感等级越高,在包装盒转运时必须有严格的包封方式和明确的储存时间和温度及湿度要求。

对于二氧化锰做阴极的片式钽电容器,它的湿度敏感等级是3级,而对于阴极采用3,4乙烯二氧噻吩(聚噻吩)导电高分子材料的片式钽电容器,由于其阴极有较强的亲水性,

因此,它的湿度敏感等级为5A级。

4、不同湿度敏感等级所需采用的封装方式

根据大量实际经验统计,湿度敏感等级小于2级的电子元件,在转运和储存时均无需使用可以防止吸潮的真空包装,只是做好强度和防静电包封就可以满足要求。这类电子元件即使在空气中暴露时间较长(一星期至数月),如果不考虑引脚氧化和表面活性下降对可焊性影响,吸潮程度较低,对电性能基本没有影响。而湿度敏感等级为3级以上的电子元件,在转运和储存期间,必须使用可以防止吸潮的真空包装,而且在湿度为40%以上的空气中暴露时间不能超过24小时。

如果因为任何原因致使该类电子元件在空气中放置时间超过24小时,在焊接使用前必须对该电子元件进行一定温度,一定时间的烘干去潮气处理。否则,当进行自动的载流焊接或波峰焊接时,由于在180度以上停留时间会超过90秒,内部吸附的水汽会迅速瞬间气化,导致元件内部瞬间压力过高,造成外包封层破裂或电性能失效。此类现象有人形象地成为‘爆米花’现象。造成这一现象的原因,主要是因为吸附的水分在气化时,一个体积的水会变为40倍的摩尔体积,破坏性可想而知。

5、电子元件的潮气处理

对于由于在转运和储存过程中严重吸潮的3级以上的电子元件,如果在PCBA加工过程中使用手工焊,则使用前不必继续去潮气处理,待通电时其内部吸附的水汽会缓慢释放出来,对外观和性能基本没有影响。如果使用载流焊接或其他自动焊接方式,必须在使用前进行一定温度和一定时间的彻底去潮处理。对于片式钽电容器,经过大量实验,我们推荐的去除潮气的温度和时间为;125/12小时,85度/48小时。以上时间和温度适用于D壳以上的体积较大产品。如果体积较小,则时间可以适当缩短。具体时间以实验为准。

实际上半密封的电子元件在转运和储存上使用真空包封还有另外一个目的,那就是防止引线由于高温高湿而氧化或表面活性丧失。总的来说,对于半密封的各类电子元件在转运和储存过程中进行严格的防潮,是保证电子元件可靠性的非常必要的手段。此点请制造者和使用者务必注意。

2019年4月4日 09:53
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