潮敏物料主要是指非密封封裝的IC，受潮后主要失效模式為內(nèi)部分層。在電子組裝領(lǐng)域，潮敏元器件一直是影響產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵因素之一。這些元器件受潮后容易出現(xiàn)各種失效問(wèn)題，給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。

潮敏元器件失效現(xiàn)象描述

1.QFN元器件內(nèi)部分層

QFN（無(wú)引腳四方扁平封裝）元器件是一種常見(jiàn)的潮敏元器件。在某次生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)某單板上的QFN元器件出現(xiàn)內(nèi)部分層現(xiàn)象。該元器件位于單板角落，無(wú)機(jī)械裝配應(yīng)力影響，且為單板上唯一的MSL3（潮敏等級(jí)3）物料。單板采用銅基板，焊接溫度較高，可能存在熱應(yīng)力問(wèn)題。測(cè)試結(jié)果顯示，該單板的不良率達(dá)到100%，初步推測(cè)為潮敏失效。

2.高分子鉭電解電容冒錫珠

在生產(chǎn)巡檢中，發(fā)現(xiàn)某單板的高分子鉭電解電容附近出現(xiàn)大量錫珠。這些錫珠集中在電容負(fù)極偏頂部的位置，且位號(hào)不固定。

高分子鉭電解電容通常被歸類為MSL3物料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料特性使其容易受潮。

初步推測(cè)錫珠的出現(xiàn)與焊接過(guò)程中的潮敏問(wèn)題有關(guān)。

失效情況驗(yàn)證與機(jī)理分析

1.QFN分層機(jī)理分析

通過(guò)對(duì)QFN元器件進(jìn)行超聲掃描，發(fā)現(xiàn)分層位置主要集中在關(guān)鍵區(qū)域（綁定區(qū)），導(dǎo)致綁定點(diǎn)斷開(kāi)或缺陷。盡管該元器件為MSL3物料，但車間暴露時(shí)間遠(yuǎn)低于允許值，因此潮敏并非唯一原因。進(jìn)一步與IC廠家溝通后發(fā)現(xiàn)，銅基板和爐溫等因素對(duì)該區(qū)域產(chǎn)生了應(yīng)力，導(dǎo)致分層。此外，該元器件內(nèi)部芯片采用45°旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，增加了耐熱溫度和應(yīng)力。

驗(yàn)證方案包括對(duì)比不同焊接工藝和烘烤條件下的元器件失效情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，烘烤可以降低失效率，但無(wú)法完全解決問(wèn)題；減少焊接或采用SnPb焊料則可以完全解決分層問(wèn)題。因此，QFN元器件的分層問(wèn)題是由潮敏和應(yīng)力雙重因素共同作用導(dǎo)致的。

2.高分子鉭電解電容錫珠機(jī)理分析

高分子鉭電解電容的錫珠現(xiàn)象與常規(guī)焊接過(guò)程中的錫珠不同，錫珠固定發(fā)生在電容本體上，且位置較為固定。分析認(rèn)為，錫珠的產(chǎn)生與物料受潮有關(guān)。受潮后，在高溫焊接時(shí)產(chǎn)生瞬間蒸汽壓力，導(dǎo)致塑封層裂紋和錫珠溢出。驗(yàn)證方案包括對(duì)受潮物料和庫(kù)房原包裝物料進(jìn)行切片分析。結(jié)果顯示，受潮物料過(guò)爐后出現(xiàn)錫珠和塑封層裂紋，而原包裝物料無(wú)分層開(kāi)裂情況。因此，錫珠的產(chǎn)生與物料受潮密切相關(guān)。

失效原因綜合分析

從上述兩種潮敏元器件的失效現(xiàn)象來(lái)看，雖然都表現(xiàn)為分層問(wèn)題，但產(chǎn)生的原因并不完全相同。

QFN元器件的分層主要由應(yīng)力主導(dǎo)，潮敏和爐溫等因素為輔；而高分子鉭電解電容的分層則主要與物料受潮有關(guān)。

根據(jù)IPC-J-STD-020標(biāo)準(zhǔn)，不同狀態(tài)的分層接受程度不同，主要通過(guò)信賴性測(cè)試來(lái)判斷其是否影響性能。

1.QFN封裝元器件分層

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用E-PAD（熱沉焊盤）不焊接或替換為SnPb焊料，可以有效解決QFN元器件的分層問(wèn)題。分析認(rèn)為，E-PAD焊接后會(huì)產(chǎn)生裂紋，而SnPb焊料的焊接溫度低，熱應(yīng)力更小。因此，QFN元器件的分層問(wèn)題主要是由應(yīng)力引起的，潮敏和爐溫等因素起到了輔助作用。

2.高分子鉭電容錫珠

高分子鉭電容的錫珠現(xiàn)象是其受潮后的顯性表現(xiàn)。受潮物料在高溫再流焊后，內(nèi)部高分子材料容易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致錫珠溢出。因此，解決該問(wèn)題的關(guān)鍵在于避免物料受潮。

改善建議與措施

1.QFN分層問(wèn)題改善元器件改善：

增加PAD（焊盤）的法蘭盤尺寸，增強(qiáng)焊盤結(jié)合強(qiáng)度。

工藝改善：

優(yōu)化鋼網(wǎng)開(kāi)孔方式，不焊接中間焊盤，或采用有鉛焊接，改變應(yīng)力分布狀態(tài)。金鑒實(shí)驗(yàn)室建議客戶在實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合我們的測(cè)試數(shù)據(jù)，優(yōu)化工藝參數(shù)，以減少熱應(yīng)力對(duì)QFN元器件的影響。

2.高分子鉭電容錫珠問(wèn)題改善保持原包裝上線：

盡可能在車間暴露壽命時(shí)間內(nèi)加工完成。

超出暴露壽命時(shí)間的物料處：

若無(wú)法烘烤重置車間壽命，需廠家配合烘烤。

車間管控：

避免拆除原包裝等操作，規(guī)避物料受潮風(fēng)險(xiǎn)。

3.改善措施

• 潮敏元器件的分層失效并非完全由受潮導(dǎo)致，還可能與應(yīng)力、焊接工藝等因素有關(guān)。
• 分層問(wèn)題并非都不可接受，需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和信賴性測(cè)試結(jié)果判斷其對(duì)性能的影響。
• 潮敏元器件的失效問(wèn)題往往是多種因素共同作用的結(jié)果，需要綜合分析并采用多種改善手段解決。
• 非IC物料也可能存在潮敏問(wèn)題，同樣需要進(jìn)行嚴(yán)格管控。
• 對(duì)于受潮后的高分子鉭電容，雖然適當(dāng)烘烤可以減少失效幾率，但仍存在分層失效風(fēng)險(xiǎn)，不建議二次使用。