塑封器件绝缘失效分析

 

塑封器件绝缘失效机理探究与改进策略

 

塑封器件因其紧凑、轻便、经济及卓越的电学特性，在电子元件封装行业中占据着重要地位。但随着其在更严苛环境下的应用需求增加，传统工业级塑封材料和技术的局限性逐渐显现。金鉴实验室专注于塑封器件的性能和可靠性研究，特别针对绝缘胶异常引起的失效问题进行了深入分析，这类问题通常难以发现，表现为失效不稳定、受环境应力影响大、且难以在生产过程中筛选剔除。

 

失效现象描述

 

以一款非门塑封器件为例，该器件在经过老化、温度冲击、高低温存储和温度循环等测试后表现正常。但在交变湿热测试后，器件输入端与地之间出现了漏电现象，导致短路。

 

初次测试显示短路，但在室温下放置约48小时后，第二次测试阻抗恢复正常。经过温度循环测试后，器件仍然合格，未出现失效。然而，在低温存储后的第四次测试中，输入端与地之间出现漏电，阻值约为40kΩ，远低于正常值20MΩ，表明器件的两个引脚间阻抗不稳定，间歇性出现低阻抗值。

 

失效原因

 

分析可能的失效原因，包括芯片内部异常、芯片污染或变形、键合丝异常、塑封应力、绝缘胶异常等。经过一系列测试和分析，排除了芯片和键合丝异常的可能性。进一步分析发现，即使在消除塑封应力后，失效样品的输入端与地之间仍存在漏电现象，排除了塑封料应力导致失效的可能性。最终，通过去除失效样品的塑封基板并测试其输入端与地之间的I-V特性，确定漏电通路位于衬底和基板之间的绝缘胶部位，推断漏电故障是由芯片与基板之间的绝缘胶异常所致。

 

失效机理详细分析

 

失效样品的芯片与基板之间采用绝缘胶隔离输入端与地之间的电位。绝缘胶的厚度和质量对器件的绝缘效果至关重要。剖面分析和对比检查发现，失效样品的绝缘胶空洞比良品电路的更大，潮湿环境下容易发生爬电现象，导致绝缘胶的绝缘强度下降，最终导致输入端和地之间的绝缘胶产生漏电。纵向切面分析显示，芯片背部背金层存在脱落情况，绝缘胶中掺杂的脱落背金层导电，降低了绝缘胶的绝缘性能。

 

失效样品

 

失效样品

综合分析，绝缘胶中的空洞和掺杂物质的存在是导致失效样品输入端与地之间短路的主要原因。这些问题在湿热环境下可能会进一步恶化，加剧器件的失效现象。

 

改进措施建议

 

为避免绝缘胶中产生空洞、芯片背金层脱落混入绝缘胶等引起器件失效的问题，可从器件结构设计方面采取相应措施，以提升器件的可靠性。建议在设计阶段准确定义器件各引脚之间的电位关系，尽量避免使用绝缘胶隔离不同电位。对于背金层无明确用途的器件，在需要使用绝缘胶粘结时，建议尽量去除背金层后再使用。此外，建议在使用绝缘胶粘结器件时，适当增加绝缘胶的厚度，并在绝缘胶中添加绝缘颗粒，以精确控制胶层的厚度均匀性。

以上建议旨在优化器件结构设计，提升器件的可靠性，降低绝缘胶异常导致的失效风险。

 

结论

 

在部分工业级塑封器件中，绝缘胶产生空洞、掺有金属杂质等异常情况可能导致绝缘胶异常，进而在温度和湿度应力下引发漏电问题，甚至导致器件功能失效。在设计高可靠性的器件时，需要特别关注绝缘胶不达到理想绝缘的情况，通过优化设计和工艺，可以有效提升器件的可靠性和性能。