【文章內(nèi)容簡介】 的影響 塑料封裝高溫離層（爆米花）現(xiàn)象 表貼器件（ SMD）在經(jīng)過再流焊后容易發(fā)生失效，失效現(xiàn) 象常表現(xiàn)為開路、半開路或時好時壞，失效原因是封裝塑料 發(fā)生熱開裂（這種裂縫發(fā)生在內(nèi)部，用顯微鏡進行外觀檢查 時也不可能發(fā)現(xiàn)）。 其失效機理是：因表貼器件芯片外面包封的塑料很薄，很 少，外部的潮氣容易浸入內(nèi)部。表貼工藝（ SMT）是將器件 整體加熱而不是只對管腿加熱（例如：波峰焊、烙鐵焊）， 并且加熱時間長（一般 215℃ ~240 ℃ ，時間 1~2分鐘）。當 封裝體內(nèi)有潮氣，表貼再流焊時，潮氣受熱膨脹（水分子體 積可擴大 40倍），造成封裝塑料開裂。開裂的發(fā)生與塑料體 內(nèi)含濕量、芯片尺寸、塑料包封的厚度，管腳引線與塑料的 粘合狀況以及再流焊時受到的溫度沖擊等因素有關。 溫度應力對產(chǎn)品的影響 50 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 危害：由于剝離或爆裂而拉斷引線和芯片破裂。 芯片尺寸越大，塑料包封層越薄的 SMD，機械應力問題更為突出，因 此，越容易發(fā)生熱開裂現(xiàn)象。根據(jù) SMD器件對潮濕的敏感性，可分為 1~6 級，其中 6級是最敏感的。潮濕敏感器件要采用真空包裝，如果包裝受到 破壞，允許放臵的時間如下表所示，如果超出了規(guī)定的時間，表貼前必須 先進行烘烤。 潮敏級別 1 2 2a 3 4 5 5a 6 級別 時間 條件（ ≤ 30℃ ） 1 無限制 ≤ 85% RH 2 1年 ≤ 60% RH 2a 4周 ≤ 60% RH 3 168h ≤ 60% RH 4 72h ≤ 60% RH 5 48h ≤ 60% RH 5a 24h ≤ 60% RH 6 使用前必須烘烤，并在規(guī)定時間內(nèi)回流 溫度應力對產(chǎn)品的影響 51 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 高溫大電流造成的電遷移 互連引線中通過大電流密度時，靜電場力驅動電子由陰極向陽極 運動。高速運動的電子與金屬原子發(fā)生沖量交換，原子受到強烈的 電子沖擊力，這就是電遷移理論中的電子風力 Fwd。實際上，金屬 原子還受靜電場力 Fei的作用，如圖一所示。 當互連引線中的電流密度較高時，向陽極運動的大量電子碰撞原 子，使得所產(chǎn)生的電子風力 Fwd大于靜電場力 Fei（圖 1）。因此， 金屬原子受到電子風力的驅動，產(chǎn)生了從陰極向陽極的受迫的定向 擴散，即發(fā)生了金屬原子的電遷移（圖 2） 高溫對產(chǎn)品的影響 陽極 陰極 電子流 圖 1 電遷移作用力的示意圖 Fei Fwd 圖 2 金屬原子電遷移示意圖 52 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 熱加速特性 電遷移產(chǎn)生的局部缺 陷使得引線的導電面積 減小，電流密度增加， 形成電流聚集。電流聚 集引起了焦耳熱效應， 使引線局部溫度升高， 并產(chǎn)生溫度梯度。由于 原子的擴散與溫度相 關，因此，產(chǎn)生了熱應 力。熱應力梯度與電遷 移方向相同，加大電遷 移驅動力，加速電遷移 現(xiàn)象。 高溫對產(chǎn)品的影響 高溫大電流造成的電遷移 53 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 濕度對產(chǎn)品的影響 濕度應力失效 所使用的環(huán)境條件 敏感元件和材料 一般分類 媒介分類或原因 失效模式 水汽吸附吸收 擴散 膨脹絕緣性能變差潮解 濕度 使用低結晶度的極性樹脂（例如聚酰胺、聚乙烯醇、酚醛樹脂）封裝、覆蓋或者構造元件 水解 化學變化 溫度 +濕度 聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、對苯二甲酸丁二酯 微細爆裂（細線爆裂，吸氣） 濕氣滲透絕緣性能變差潮解 濕度、溫濕度循環(huán) 冷熱沖擊 +濕度 溫度循環(huán) +濕度 用樹脂覆蓋或者封裝元件 遷移 離子遷移 短路 絕緣性能變差 濕度 +直流電場 鉍、鎘、銅、鉛、錫、鋅、銀 濕度 +直流電場 +鹵素離子 當與鹵素共存時，發(fā)生遷移的金屬：金、銦、鈀、鉑 54 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 濕度對產(chǎn)品的影響 濕度應力失效 所使用的環(huán)境條件 敏感元件和材料 一般分類 媒介分類或原因 失效模式 腐蝕 電池腐蝕 顏色變化、阻抗增加、開路 濕度 +與外金屬接觸所形成的電勢 連接 接器或需更加仔細選擇 電解腐蝕 濕度 +直流電場 例如電阻、封裝集成電路的樹脂、 PCB板 裂隙腐蝕 濕度 霉菌 無 絕緣性能變差 質(zhì)量變化 分解腐蝕 溫度（ 25~35℃ ） +濕度（最小為 90%） 塑料材料（例如聚氨酯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、硅樹脂、聚酰胺） 55 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 用水滴法進行試驗產(chǎn)生離子遷移的照片 濕度對產(chǎn)品的影響 56 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 （ 1）物理性能的變化 潮濕環(huán)境可以引起材料的機械性能和化學性 能的變化，如體積膨脹、機械強度降低等。由 于吸潮，使密封產(chǎn)品的密封性降低或遭破壞、 產(chǎn)品表面涂敷層剝落、產(chǎn)品標記模糊不清等。 濕度對產(chǎn)品的影響 57 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 （ 2）電性能變化 由于凝露和吸附作用，使絕緣材料的表面 絕緣電阻下降。另外，由于水分的吸收和擴 散（滲透）作用，使絕緣材料的體積電阻下 降，損耗角增大，從而產(chǎn)生漏電流。對于整 機設備，將會導致靈敏度降低、頻率漂移等。 濕度對產(chǎn)品的影響 58 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 （ 3）腐蝕作用 濕熱試驗一般不能作為腐蝕試驗。濕熱的 腐蝕作用是由于空氣中含有少量的酸、堿性 雜質(zhì)，或由于產(chǎn)品表面附著著如焊渣、汗?jié)n 等污染物質(zhì)而引起間接的化學和電化學腐蝕 作用。 濕度對產(chǎn)品的影響 59 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 1. 材料間熱應力不同造成焊接部位開裂 2. 膨脹、收縮、變型是主要應力 溫度沖擊對產(chǎn)品的影響 在冷熱沖擊條件下印刷電路板焊接接腳錯位 60 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 機械沖擊和振動對產(chǎn)品的影響 機械應力 失效現(xiàn)象 受影響的部件 振動 斷裂、脫落、瞬斷、瞬接 共振 滲透 元件、內(nèi)部不良的元器件、接插件、裝配件、緊固件 繼電器 組件、整機 空腔密封的元器件 沖擊 斷裂、脫落、變形 元器件、接插件、裝配件、緊固件 碰撞 斷裂、脫落、變形 元器件、接插件、裝配件、緊固件 61 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 （ 1）對結構的影響 主要是指變形、彎曲、產(chǎn)生裂紋、斷裂和造成部件之間的相互撞擊等。這種破壞又可分為由于振動所引起的應力超過產(chǎn)品結構強度所能承受的極限而造成的破壞，以及長時間的振動（例如 107次以上應力循環(huán)的振動）使產(chǎn)品發(fā)生疲勞而造成的破壞。這種破壞通常是不可逆的。 （ 2）對工作性能的影響 主要是指振動使運動部件動作不正常、接觸部件接觸不良、繼電器產(chǎn)生誤動作、電子管噪聲增大、指示燈閃爍，從而導致工作不正常、不穩(wěn)定，甚至失靈不能工作，這種影響的嚴重程度，往往取決于振動量值的大小，而且這種破壞通常不屬于永久性的破壞。因為在許多情況下，一旦振動停止，工作就能恢復正常。這種破壞往往是可逆的。 （ 3）對工藝性能的影響 這種影響主要是指螺釘松動，連接件或焊點脫開等。這種破壞通常在一個不太長的振動時間內(nèi)（例如半小時）內(nèi)就會出現(xiàn)。 機械沖擊和振動對產(chǎn)品的影響 62 三、環(huán)境應力對產(chǎn)品的影響 溫度應力對產(chǎn)品的影響 濕度應力對產(chǎn)品的影響 機械應力對產(chǎn)品的影響 本章小結 63 四、環(huán)境試驗內(nèi)容 軍用標準 GJB 軍用設備環(huán)境試驗方法 高溫試驗 GJB 軍用設備環(huán)境試驗方法 低溫試驗 試驗條件（貯存） 高溫 70℃ ；時間 48小時（高溫工作時間靈活掌握） 低溫 55 ℃ ；時間 24小時（低溫工作時間靈活掌握） 特點 1. 軍用設備標準簡單明了，容易掌握 2. 約束條件少，一般應用于產(chǎn)品的極限應力的適應性 3. 采用軍標對產(chǎn)品進行壽命考核時，不要直接套用以上條件 高溫、低溫試驗 64 四、環(huán)境試驗內(nèi)容 試驗標準 試驗 A：低溫試驗方法 試驗 B：高溫試驗方法 高溫低溫試驗導則 試驗目的 用來考核和確定電工、電子產(chǎn)品在高溫、低溫環(huán)境條件 下貯存和（或）使用的適應性 嚴酷程度 試驗溫度應優(yōu)先從下列數(shù)值中選取，試驗溫度的容許偏 差范圍均為 〒 2℃ 高溫： +200 ℃ +85 ℃ 低溫： － 65 ℃ － 55 ℃ +175 ℃ +70 ℃ － 40 ℃ － 25 ℃ +155 ℃ +55 ℃ － 10 ℃ － 5 ℃ +125 ℃ +40 ℃ +5 ℃ +100 ℃ +30 ℃ 持續(xù)時間 持續(xù)時間應從下列時間中選?。?2， 16， 72， 96h。如果對試驗樣品是進 行與耐久性或可靠性相聯(lián)系的試驗時，則試驗持續(xù)時間應由有關標準根據(jù) 產(chǎn)品特點和實際工作要求另行規(guī)定。 高溫、低溫試驗 65 四、環(huán)境試驗內(nèi)容 高溫試驗要求 1. 試驗時，試驗樣品應盡可能放在試驗箱中央，以便在試驗樣品的任何部分和箱壁之間有盡可能大的空間。 2. 試驗箱的容積對試驗樣品體積之比應不小于 5： 1。 3. 試驗樣品任何表面和相對應的箱壁之間的最小距離應不小于 10~20cm（距離與樣品體積大小，散熱瓦數(shù)有關）。 a. 非散熱試驗樣品的高溫試驗：試驗 Ba——溫度突變； 試驗 Bb——溫度漸變。 b. 散熱試驗樣品的高溫試驗：試驗 Bc——突變； 試驗 Bd——溫度漸變。 高溫、低溫試驗 66 四、環(huán)境試驗內(nèi)容 環(huán)境溫度校正計算圖 GB A 當環(huán)境溫度 20℃ 時樣品表面溫度為 60 ℃ ；環(huán)境溫度 55 ℃ 時樣品表面溫度 是多少？ 高溫、低溫試驗 67 四、環(huán)境試驗內(nèi)容 低溫試驗要求（ Ad散熱試驗樣品溫度漸變的低溫試驗） 1. 試驗樣品任何表面與其對應的箱（室）壁間的最小距離大于 15cm 2. 箱（室）體積對試驗樣品體積之比不小于 5:1（電子、儀表、低 壓電器類）或 10:1（電視、變壓器、高壓電器等） 3. 在無強迫空氣循環(huán)試驗（優(yōu)先選用）情況下，試驗箱（室）與試 驗樣品大小及其散熱總量比較起來應足夠大，要大到可以模擬 “ 自由空氣 ” 條件的影響 4. 用有強迫空氣循環(huán)