王世堉 贾忠中 王玉
（复兴通讯株式会社 广东深圳）
择要：
潮敏物料紧张是指非密封封装的IC，受潮后紧张失落效模式为内部分层。通过对两例分外的潮敏元器件失落效问题进行剖析和研究，创造QFN内部分层并非完备与受潮有关，另一方面也与焊接过程中的热应力强干系。可适当调度以规避应力和潮敏的双重浸染，办理其分层问题。高分子钽电解电容作为非IC也可能受潮敏问题困扰，物料在受潮后进行回流焊接加工时，涌现分层和冒锡珠问题。着重从失落效问题的定位和影响程度进行剖析，结合失落效机理剖析，确定改进息争救方法。
电子组装过程中，常常会利用潮敏物料，这种物料受车间暴露韶光、温度和湿度的影响，经高温焊接后易失落效，因此是电子组装中需特殊关注的一类物料。常日情形下，潮敏物料采取非密封性树脂，如IC（IntegratedCircuit，集成电路）器件，潮敏等级（MSL）越高则加工的风险越高（紧张集中在MSL≥3）。
常规IC因受潮而发生变形分层，业内已有相称多研究，但对某些分外分层征象和非IC元器件的潮敏问题研究相对较少，本文紧张从事情中碰着的两个案例出发，磋商这类分外分层征象及非IC元器件的潮敏问题，并进行缘故原由剖析和确定办理方案。
1 失落效征象描述
1.1 QFN元器件内部分层[1]
背景：QFN（QuadFlatNo-leadPackage）元器件在单板上的位置如图1红框内所示，位于单板角落处，无螺接等机器办法装置，可打消外部应力。QFN元器件为单板上唯一MSL3物料，此单板有MSL2和MSL1的其他IC物料，可能有潮敏问题。此单板为铜基板，意味着须要采取较高的设定温度，可能存在热应力问题。
紧张表现：单板测试不通过，不良率达到100%，定为QFN失落效。
初步推测：潮敏失落效。
1.2 高分子钽电解电容冒锡珠[2-3]
背景：生产加工巡检时创造某单板涌现大量锡珠。通过比拟核查创造，锡珠全部集中在某高分子钽电解电容附近的固定位置，如图2所示。
紧张表现：高分子钽电解电容过炉后冒锡珠，锡珠在钽电容负极偏顶部的位置，位号不固定。
初步推测：焊接问题导致锡珠涌现。
2 失落效情形验证
2.1 QFN分层机理剖析
1）通过对这批QFN元器件进行超声扫描（如图3所示），创造分层位置大部分为关键区域（绑定区），且直接导致绑定点断开或毛病。由于单板上只有此元器件为MSL3，结合分层的失落效模式，初步剖断这次分层失落效机理为元器件受潮导致。但通过反查车间暴露韶光（远低于MSL3许可的暴露韶光），彷佛又不是完备潮敏导致的问题。
2）通过与IC厂家沟通，认为此IC的运用处景分外，铜基板和炉温等成分对此QFN区域的产生了应力，从而导致分层。
3）通过对IC构造的剖析，创造其内部Die（芯片）采取45°旋转设计，导致芯片可承受的耐热温度增高，应力增大。
综合以上剖析，可以得出：这次失落效可能与构造、耐热温度和应力等成分有关。
2.1.1 验证方案
为进一步验证以上对失落效机理的推断是否准确，结合运用背景和质疑的影响成分，制订了实验方案，见表1。
2.1.2 实验结果
实验验证结果见表2。
2.1.3 小结
根据以上实验结果可得出如下结论：
1）这次QFN的分层与潮敏有一定干系，烘烤可以有效降落失落效率，但无法完备办理问题，由此可知潮敏并非导致其失落效的唯一缘故原由。
2）通过减少焊接，或采取SnPb焊料，可以完备办理此QFN的分层问题，由此推测与焊接应力有更大关系。
3）因此，潮敏和应力双成分，导致了这次的QFN元器件分层问题。
2.2 高分子钽&铝电解电容锡珠机理剖析
常日非IC类元器件为非潮敏物料，但高分子钽&铝电解电容由于材料及制作工艺的缘故原由，业界常日将其归类为MSL3。
经由剖析高分子钽电解电容的问题背景、加工过程和征象，创造锡珠不同于常规焊接过程中锡膏溅动身生的锡珠，而是固定发生电容本体上，且位置比较固定（电容负极的本体位置），如图4所示。
根据锡珠位置的分外性（如图5所示），只有在引线框架上的镀层存在Sn。推测锡珠并非来源于外部锡膏，而是来自于电容内部。但为什么引起锡珠溢出呢？推测与潮敏干系，即物料受潮后，在高温焊接时产生瞬间蒸汽压力，在压力和镀层熔锡的共同浸染下形成锡珠。而只在负极形成锡珠的缘故原由是，只有负极的引脚大面积嵌入在塑胶外壳内。
2.2.1验证方案
为进一步证明锡珠与物料的受潮干系，对受潮物料/库房原包装物料两种状态进行切片剖析，并结合品牌/电容种类（高分子钽/铝电容）等成分进行切片剖析。制作实验方案，见表3。
2.2.2 实验结果
实验验证结果见表4。
剖析得出：
1）无论是高分子钽电解电容还是高分子铝电解电容，在受潮后过炉均涌现锡珠，切片创造塑封层裂纹。而原始库房物料（非受潮）无分层开裂情形。
2）高分子钽电容经由切片，确认原包装下不同品牌物料和不同工艺在高分子层都涌现裂纹。经厂家技能专家和我司专家沟通确定高分子层裂纹是高分子钽电容固有问题，对性能无影响，但锡珠的产生存在未知风险仍须要规避。
2.2.3 小结
根据以上实验结果可得出如下结论：
1）从两个品牌的验证结果看，在相同条件下两品牌均存在裂纹问题。
2）元器件的分层与否，与元器件内部的胶黏工艺无关。
3）原包装（非受潮）物料上线加工，未发生分层问题，适当的烘烤虽可减少分层，但是不能完备避免。
3 失落效缘故原由剖析
根据以上两种潮敏元器件的失落效征象，从形式上看都属于分层问题，但产生的缘故原由却不相同或不完备相同。结合IPC-J-STD-020标准中对潮敏分层元器件的失落效判据，可知不同状态的分层，接管程度不同，紧张是通过相信性测试后能否知足功能来判断。
3.1 失落效判据
常见IC的分层不合格剖断如图6所示。
3.2 失落效根因剖析
常日来讲，对付潮敏元器件的分层，紧张缘故原由如图7所示。
根据可能两种元器件各自的失落效模式，可能的失落效根因如下。
3.2.1 QFN封装元器件分层
根据前文2.1.3节的机理剖析，采取E-PAD(热沉焊盘)不焊接或更换为SnPb焊料，此QFN焊接后无裂纹分层。
1）E-PAD不焊接（元器件E-PAD是否焊接的受力情形如图8所示）。
结合以上的受力情形，通过三点波折试验，创造E-PAD焊接后有裂纹复现（如图9所示）。
2）改换SAC305（无铅焊料）为SnPb（有铅焊料），焊接温度低，焊接热应力更低。
通过对物料失落效形式的剖析和验证结果，基本可剖断这次QFN失落效问题是由应力为主，受潮/炉温等其他成分为辅，共同浸染下导致了QFN的分层。
3.2.2 高分子钽电容锡珠
图10为高分子钽电容的各层构造爆炸图，目前已知发生裂纹的位置紧张有：塑封外壳、引线框架与钽块之间，钽块与塑封外壳三种类型。
结合前文2.2.3节的剖析，裂纹的产生与物料受潮有关。剖析图10高分子钽电容的各层构造，内部大量利用了高分子材料，分层的三种类型位置均与高分子材料干系。
元器件锡珠征象只是一种显性的表现，受潮物料在高温再流焊后，发生的裂纹是失落效的直接缘故原由，因此问题的办理须要着重从避免物料受潮方面考虑。
3.3 改进建议
3.3.1 QFN分层问题改进
1）元器件改进：如图11所示，增加PAD（焊盘）的法兰盘尺寸，即增大a尺寸，以增强焊盘结合强度。从结果看，有明显改进。
2）工艺改进：优化钢网开孔办法，不焊接中间焊盘，或采取有铅焊接（改变应力分布状态）。
3.3.2 高分子钽电容锡珠问题改进
根据前文2.2.3节的结论，高分子钽电容的紧张问题与潮敏IC类似，在车间环境暴露后受潮易产生锡珠和分层问题。因此改进方案如下：
1）保持原包装上线，尽可能在车间暴露寿命韶光内加工完成；
2）超出车间暴露寿命韶光的物料，若无法烘烤来重置车间寿命，需厂家合营烘烤；
3）车间管控时，应避免拆除原包装等操作，规避物料受潮风险。
4 结论
1）潮敏元器件因受潮而产生分层，是其紧张失落效模式，但并非所有的分层都由受潮导致。
2）元器件的分层并非都不可接管。知足标准的是可接管的，对性能或长期可靠性有不良影响的不可接管。
3）潮敏元器件的分层失落效问题，很多时候并非单一成分导致，须要综合剖析，采取综合的改进手段办理，如加固结构，改进工艺以及潮敏物料严格管控等。
4）潮敏元器件分级标准是针对IC元器件制订，但非IC物料也可能会存在潮敏问题，对此类物料同样须要进行管控。
5）高分子钽电容受潮后，可通过适当烘烤减少失落效的几率，但仍存在分层失落效问题。因此受潮后，不建议再二次利用。
