在电子制造领域,潮湿敏感器件(MSD)的失效已成为影响产品最终质量与长期可靠性的关键挑战之一。随着电子产品不断向轻薄化、高密度化方向发展,MSD 在使用与存储过程中因吸湿导致的界面剥离、裂纹扩展乃至功能失效等问题日益突出,成为导致产品故障的重要因素。
什么是潮湿敏感器件
潮湿敏感器件,简称MSD,特指那些对环境中水分极为敏感的电子元器件,尤其是采用塑料封装的表面贴装器件。
为什么塑封集成电路如此普及?是因为其成本更低、重量更轻、尺寸更小,同时还具备良好的机械坚固性。正是这些特点,使塑封器件几乎垄断了民用电子产品市场。然而,塑封技术也存在一个本质局限:塑料封装材料不具备气密性。这一材料特性导致环境湿气能够持续渗透至封装内部,从而构成了器件在后续工艺中发生失效的根本原因。
MSD失效的核心机理:“爆米花”效应
MSD失效的过程有一个生动的名称——“爆米花”效应。这个称呼形象地描绘了失效发生的动态过程,就像玉米粒在加热时内部水分汽化导致爆裂一样。
水汽化后体积急剧膨胀,形成强大的蒸汽压力。由于不同材料的热膨胀系数不匹配,该压力会在界面处集中释放,最终引发封装分层、内部裂纹或键合点损伤。严重时,封装外壳会鼓起甚至破裂。
MSD失效的表现形式
大多数MSD失效在发生后,从外观上难以识别。在测试阶段,这类问题未必会立即表现为完全失效。例如,键合引线可能仅被拉细,处于未完全断开状态,测试时仍能维持电气连接。直到产品实际使用中,因温度变化引起材料热膨胀系数差异,已受损的连接才会彻底断裂。这种延迟与隐蔽特性,使MSD失效更具风险。
MSL分级体系
对于MSL 6级或已超出车间寿命的元件,在使用前必须进行烘烤,并在标签规定的时间内完成回流焊接。在对可靠性要求较高的领域,如汽车电子或航空航天,有时会禁止使用MSL 5级及以上的元器件,以从源头上控制风险。
在实际生产中,我们可以通过元器件包装纸盒和防静电包装袋上的标签来识别MSL等级,这些标识为生产处理提供了明确的指导。
影响MSD失效的因素
值得注意的是,随着环保要求的提升,无铅焊接工艺对MSD构成了更大挑战。无铅焊接的回流焊峰值温度通常为230°C至245°C,较传统有铅焊接高20–30°C,某些应用场景下甚至可达255°C或260°C。这种温度上升可能使器件的湿度敏感性提高1至2个等级。
另一个常见但易被忽视的高风险场景是手工焊接或维修作业。若未按要求对已受潮器件进行预烘烤,直接使用热风枪加热,局部温度可能超过280°C,极易引起内部水汽剧烈膨胀,导致内部分层或损坏。
通过超声扫描技术可检测器件内部状态:结构完好的器件图像均匀一致;而已出现分层的器件则在界面处呈现异常信号,通常为失效前兆。
怎么预防MSD失效
4.加强手工焊接和维修处理的管控:建立严格的维修操作规范,确保维修人员了解并遵守MSD处理要求。
总结


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