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濕度對非氣密封電子元件及片式鉭電容器的使用可靠性影響


摘要:

文章來源:嘉峪檢測網







關鍵詞:

濕度,可靠性







案例正文

任何種類的電子元器件按照封裝結構結構來分解都可以簡單分為基體部分和外層封裝部分,外層封裝形式按照密封特點可以簡單分為氣密封和非氣密封兩種形式。氣密封的電子元件一般都直接采用金屬或有機物把芯子裝配進入外殼后,再進行焊接或粘接。氣密封的電子元件內部與空氣完全隔開,電性能在工作時不會受到濕度不斷變化的大氣影響,可靠性也較高。采用氣密封的電子元件的電性能一般都對空氣濕度非常敏感,濕度的變化不光會對電信能造成明顯影響,甚至還會對可靠性直接造成影響。因此,都是非采用氣密封不可的元件。非氣密封的電子元器件為了保證性能盡可能不受到大氣環境影響過多,一般都采用環氧樹脂封裝,以保證元件具有一定的防潮性,介電性和強度。

 

采用非氣密封方式封裝的電子元件一般都是各種電性能對濕度不太敏感的半導體器件,由于芯子組成材料多數都是在高溫下形成的固態化合物或氧化物,在常溫和一定濕度下化學穩定性較高,因此,即使使用時存在一定濕度,也不至于對基本性能和可靠性造成決定性影響。

 

出于對元件芯子的保護要求,此類元件采用的環氧樹脂實際上并非只是在高溫下會形成穩定,不可逆交聯結構的熱固型環氧樹脂,而是在環氧樹脂中還加入了 80-90%的超細二氧化硅粉形成的混合物。此類環氧樹脂在室溫時呈固態,在一定溫度和壓力下很快形成凝膠態,再在一定溫度下保持一定時間,環氧樹脂會快速形成穩定的交聯結構,與硅粉一起徹底固化成具有一定強度,又一定防潮性,具有很高介電常數,不燃燒的玻璃化環氧基包封層。

 

由于此類環氧樹脂在塑封時必須在150-180℃的高溫高壓下快速被注射進入精密模具腔體,因此,塑封后的環氧樹脂層即使在 200倍的顯微鏡下也不存在微細氣孔,密封性良好,可以滿足各類半導體芯組的密封要求。

 

但是,由于任何電子元件的芯子都需要引線與電路聯通,而此類引線必須使用熱膨脹率與環氧包封層不同的金屬,因此,當溫度出現變化時,在芯子引出線和環氧樹脂包封層之間還是會形成液體不能進入,但氣體可以進入的微細縫隙。這些微細的縫隙在一定時間內仍然無法阻止各種氣體和水汽的緩慢滲入。

 

采用此類封裝方式的元件一般也可稱為半密封元件。

 

不同類型的電子元件由于使用材料對濕度敏感程度的不同而分為不同等級,不同濕度敏感等級的電子元件在交付與使用前,必須采用不同方式的密封包裝形式,以防止從生產出來到使用期間在空氣中暴露時間過長而過量吸潮導致的各種質量問題。按照吸潮對電性能影響程度的不同,電子元件的濕度敏感等級可以劃分為8級,它們分別為;1,2,2A,3,4,5,5A,6

 

八個級別。數字越大,表示該元件對濕度的敏感等級越高,在包裝盒轉運時必須有嚴格的包封方式和明確的儲存時間和溫度及濕度要求。

 

對于二氧化錳做陰極的片式鉭電容器,它的濕度敏感等級是 3級,而對于陰極采用3, 4 乙烯二氧噻吩【聚噻吩】導電高分子材料的片式鉭電容器,由于其陰極有較強的親水性,

 

因此,它的濕度敏感等級為 5A級。

 

根據大量實際經驗統計,濕度敏感等級小于 2級的電子元件,在轉運和儲存時均無需使用可以防止吸潮的真空包裝,只是做好強度和防靜電包封就可以滿足要求。這類電子元件即使在空氣中暴露時間較長【一星期至數月】,如果不考慮引腳氧化和表面活性下降對可焊性影響,吸潮程度較低,對電性能基本沒有影響。而濕度敏感等級為3級以上的電子元件,在轉運和儲存期間,必須使用可以防止吸潮的真空包裝,而且在濕度為 40%以上的空氣中暴露時間不能超過 24小時。如果因為任何原因致使該類電子元件在空氣中放置時間超過24小時,在焊接使用前必須對該電子元件進行一定溫度,一定時間的烘干去潮氣處理。否則,當進行自動的載流焊接或波峰焊接時,由于在180度以上停留時間會超過 90秒,內部吸附的水汽會迅速瞬間氣化,導致元件內部瞬間壓力過高,造成外包封層破裂或電性能失效。此類現象有人形象地成為‘爆米花’現象。造成這一現象的原因,主要是因為吸附的水分在氣化時,一個體積的水會變為 40倍的摩爾體積,破壞性可想而知。

 

對于由于在轉運和儲存過程中嚴重吸潮的3級以上的電子元件,如果使用手工焊,則使用前不必繼續去潮氣處理,待通電時其內部吸附的水汽會緩慢釋放出來,對外觀和性能基本沒有影響。如果使用載流焊接或其他自動焊接方式,必須在使用前進行一定溫度和一定時間的徹底去潮處理。對于片式鉭電容器,經過大量實驗,我們推薦的去除潮氣的溫度和時間為;

 

125℃/12 小時,85 度/48 小時。以上時間和溫度適用于 D 殼以上的體積較大產品。如果體積較小,則時間可以適當縮短。具體時間以實驗為準。

 

實際上半密封的電子元件在轉運和儲存上使用真空包封還有另外一個目的,那就是防止引線由于高溫高濕而氧化或表面活性喪失??偟膩碚f,對于半密封的各類電子元件在轉運和儲存過程中進行嚴格的防潮,是保證電子元件可靠性的非常必要的手段。此點請制造者和使用者務必注意。

 

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