塑封器件絕緣失效機理探究與改進策略

塑封器件因其緊湊、輕便、經濟及卓越的電學特性，在電子元件封裝行業中占據著重要地位。但隨著其在更嚴苛環境下的應用需求增加，傳統工業級塑封材料和技術的局限性逐漸顯現。金鑒實驗室專注于塑封器件的性能和可靠性研究，特別針對絕緣膠異常引起的失效問題進行了深入分析，這類問題通常難以發現，表現為失效不穩定、受環境應力影響大、且難以在生產過程中篩選剔除。

失效現象描述

以一款非門塑封器件為例，該器件在經過老化、溫度沖擊、高低溫存儲和溫度循環等測試后表現正常。但在交變濕熱測試后，器件輸入端與地之間出現了漏電現象，導致短路。

初次測試顯示短路，但在室溫下放置約48小時后，第二次測試阻抗恢復正常。經過溫度循環測試后，器件仍然合格，未出現失效。然而，在低溫存儲后的第四次測試中，輸入端與地之間出現漏電，阻值約為40kΩ，遠低于正常值20MΩ，表明器件的兩個引腳間阻抗不穩定，間歇性出現低阻抗值。

失效原因

分析可能的失效原因，包括芯片內部異常、芯片污染或變形、鍵合絲異常、塑封應力、絕緣膠異常等。經過一系列測試和分析，排除了芯片和鍵合絲異常的可能性。進一步分析發現，即使在消除塑封應力后，失效樣品的輸入端與地之間仍存在漏電現象，排除了塑封料應力導致失效的可能性。最終，通過去除失效樣品的塑封基板并測試其輸入端與地之間的I-V特性，確定漏電通路位于襯底和基板之間的絕緣膠部位，推斷漏電故障是由芯片與基板之間的絕緣膠異常所致。

失效機理詳細分析

失效樣品的芯片與基板之間采用絕緣膠隔離輸入端與地之間的電位。絕緣膠的厚度和質量對器件的絕緣效果至關重要。剖面分析和對比檢查發現，失效樣品的絕緣膠空洞比良品電路的更大，潮濕環境下容易發生爬電現象，導致絕緣膠的絕緣強度下降，最終導致輸入端和地之間的絕緣膠產生漏電。縱向切面分析顯示，芯片背部背金層存在脫落情況，絕緣膠中摻雜的脫落背金層導電，降低了絕緣膠的絕緣性能。

失效樣品

失效樣品

綜合分析，絕緣膠中的空洞和摻雜物質的存在是導致失效樣品輸入端與地之間短路的主要原因。這些問題在濕熱環境下可能會進一步惡化，加劇器件的失效現象。

改進措施建議

為避免絕緣膠中產生空洞、芯片背金層脫落混入絕緣膠等引起器件失效的問題，可從器件結構設計方面采取相應措施，以提升器件的可靠性。建議在設計階段準確定義器件各引腳之間的電位關系，盡量避免使用絕緣膠隔離不同電位。對于背金層無明確用途的器件，在需要使用絕緣膠粘結時，建議盡量去除背金層后再使用。此外，建議在使用絕緣膠粘結器件時，適當增加絕緣膠的厚度，并在絕緣膠中添加絕緣顆粒，以精確控制膠層的厚度均勻性。

以上建議旨在優化器件結構設計，提升器件的可靠性，降低絕緣膠異常導致的失效風險。

結論

在部分工業級塑封器件中，絕緣膠產生空洞、摻有金屬雜質等異常情況可能導致絕緣膠異常，進而在溫度和濕度應力下引發漏電問題，甚至導致器件功能失效。在設計高可靠性的器件時，需要特別關注絕緣膠不達到理想絕緣的情況，通過優化設計和工藝，可以有效提升器件的可靠性和性能。