塑封器件絕緣失效分析

塑封器件絕緣失效機(jī)理探究與改進(jìn)策略

塑封器件因其緊湊、輕便、經(jīng)濟(jì)及卓越的電學(xué)特性，在電子元件封裝行業(yè)中占據(jù)著重要地位。但隨著其在更嚴(yán)苛環(huán)境下的應(yīng)用需求增加，傳統(tǒng)工業(yè)級塑封材料和技術(shù)的局限性逐漸顯現(xiàn)。金鑒實驗室專注于塑封器件的性能和可靠性研究，特別針對絕緣膠異常引起的失效問題進(jìn)行了深入分析，這類問題通常難以發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)為失效不穩(wěn)定、受環(huán)境應(yīng)力影響大、且難以在生產(chǎn)過程中篩選剔除。

失效現(xiàn)象描述

以一款非門塑封器件為例，該器件在經(jīng)過老化、溫度沖擊、高低溫存儲和溫度循環(huán)等測試后表現(xiàn)正常。但在交變濕熱測試后，器件輸入端與地之間出現(xiàn)了漏電現(xiàn)象，導(dǎo)致短路。

初次測試顯示短路，但在室溫下放置約48小時后，第二次測試阻抗恢復(fù)正常。經(jīng)過溫度循環(huán)測試后，器件仍然合格，未出現(xiàn)失效。然而，在低溫存儲后的第四次測試中，輸入端與地之間出現(xiàn)漏電，阻值約為40kΩ，遠(yuǎn)低于正常值20MΩ，表明器件的兩個引腳間阻抗不穩(wěn)定，間歇性出現(xiàn)低阻抗值。

失效原因

分析可能的失效原因，包括芯片內(nèi)部異常、芯片污染或變形、鍵合絲異常、塑封應(yīng)力、絕緣膠異常等。經(jīng)過一系列測試和分析，排除了芯片和鍵合絲異常的可能性。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，即使在消除塑封應(yīng)力后，失效樣品的輸入端與地之間仍存在漏電現(xiàn)象，排除了塑封料應(yīng)力導(dǎo)致失效的可能性。最終，通過去除失效樣品的塑封基板并測試其輸入端與地之間的I-V特性，確定漏電通路位于襯底和基板之間的絕緣膠部位，推斷漏電故障是由芯片與基板之間的絕緣膠異常所致。

失效機(jī)理詳細(xì)分析

失效樣品的芯片與基板之間采用絕緣膠隔離輸入端與地之間的電位。絕緣膠的厚度和質(zhì)量對器件的絕緣效果至關(guān)重要。剖面分析和對比檢查發(fā)現(xiàn)，失效樣品的絕緣膠空洞比良品電路的更大，潮濕環(huán)境下容易發(fā)生爬電現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣膠的絕緣強(qiáng)度下降，最終導(dǎo)致輸入端和地之間的絕緣膠產(chǎn)生漏電?？v向切面分析顯示，芯片背部背金層存在脫落情況，絕緣膠中摻雜的脫落背金層導(dǎo)電，降低了絕緣膠的絕緣性能。

失效樣品

失效樣品

綜合分析，絕緣膠中的空洞和摻雜物質(zhì)的存在是導(dǎo)致失效樣品輸入端與地之間短路的主要原因。這些問題在濕熱環(huán)境下可能會進(jìn)一步惡化，加劇器件的失效現(xiàn)象。

改進(jìn)措施建議

為避免絕緣膠中產(chǎn)生空洞、芯片背金層脫落混入絕緣膠等引起器件失效的問題，可從器件結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采取相應(yīng)措施，以提升器件的可靠性。建議在設(shè)計階段準(zhǔn)確定義器件各引腳之間的電位關(guān)系，盡量避免使用絕緣膠隔離不同電位。對于背金層無明確用途的器件，在需要使用絕緣膠粘結(jié)時，建議盡量去除背金層后再使用。此外，建議在使用絕緣膠粘結(jié)器件時，適當(dāng)增加絕緣膠的厚度，并在絕緣膠中添加絕緣顆粒，以精確控制膠層的厚度均勻性。

以上建議旨在優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)設(shè)計，提升器件的可靠性，降低絕緣膠異常導(dǎo)致的失效風(fēng)險。

結(jié)論

在部分工業(yè)級塑封器件中，絕緣膠產(chǎn)生空洞、摻有金屬雜質(zhì)等異常情況可能導(dǎo)致絕緣膠異常，進(jìn)而在溫度和濕度應(yīng)力下引發(fā)漏電問題，甚至導(dǎo)致器件功能失效。在設(shè)計高可靠性的器件時，需要特別關(guān)注絕緣膠不達(dá)到理想絕緣的情況，通過優(yōu)化設(shè)計和工藝，可以有效提升器件的可靠性和性能。