深入剖析典型潮敏元器件分层问题

潮敏物料主要是指非密封封装的IC，受潮后主要失效模式为内部分层。在电子组装领域，潮敏元器件一直是影响产品质量和可靠性的关键因素之一。这些元器件受潮后容易出现各种失效问题，给生产过程带来了诸多挑战。

潮敏元器件失效现象描述

1.QFN元器件内部分层

QFN（无引脚四方扁平封装）元器件是一种常见的潮敏元器件。在某次生产中，发现某单板上的QFN元器件出现内部分层现象。该元器件位于单板角落，无机械装配应力影响，且为单板上唯一的MSL3（潮敏等级3）物料。单板采用铜基板，焊接温度较高，可能存在热应力问题。测试结果显示，该单板的不良率达到100%，初步推测为潮敏失效。

2.高分子钽电解电容冒锡珠

在生产巡检中，发现某单板的高分子钽电解电容附近出现大量锡珠。这些锡珠集中在电容负极偏顶部的位置，且位号不固定。

高分子钽电解电容通常被归类为MSL3物料，其内部结构和材料特性使其容易受潮。

初步推测锡珠的出现与焊接过程中的潮敏问题有关。

失效情况验证与机理分析

1.QFN分层机理分析

通过对QFN元器件进行超声扫描，发现分层位置主要集中在关键区域（绑定区），导致绑定点断开或缺陷。尽管该元器件为MSL3物料，但车间暴露时间远低于允许值，因此潮敏并非唯一原因。进一步与IC厂家沟通后发现，铜基板和炉温等因素对该区域产生了应力，导致分层。此外，该元器件内部芯片采用45°旋转设计，增加了耐热温度和应力。

验证方案包括对比不同焊接工艺和烘烤条件下的元器件失效情况。实验结果显示，烘烤可以降低失效率，但无法完全解决问题；减少焊接或采用SnPb焊料则可以完全解决分层问题。因此，QFN元器件的分层问题是由潮敏和应力双重因素共同作用导致的。

2.高分子钽电解电容锡珠机理分析

高分子钽电解电容的锡珠现象与常规焊接过程中的锡珠不同，锡珠固定发生在电容本体上，且位置较为固定。分析认为，锡珠的产生与物料受潮有关。受潮后，在高温焊接时产生瞬间蒸汽压力，导致塑封层裂纹和锡珠溢出。验证方案包括对受潮物料和库房原包装物料进行切片分析。结果显示，受潮物料过炉后出现锡珠和塑封层裂纹，而原包装物料无分层开裂情况。因此，锡珠的产生与物料受潮密切相关。

失效原因综合分析

从上述两种潮敏元器件的失效现象来看，虽然都表现为分层问题，但产生的原因并不完全相同。

QFN元器件的分层主要由应力主导，潮敏和炉温等因素为辅；而高分子钽电解电容的分层则主要与物料受潮有关。

根据IPC-J-STD-020标准，不同状态的分层接受程度不同，主要通过信赖性测试来判断其是否影响性能。

1.QFN封装元器件分层

通过实验验证，采用E-PAD（热沉焊盘）不焊接或替换为SnPb焊料，可以有效解决QFN元器件的分层问题。分析认为，E-PAD焊接后会产生裂纹，而SnPb焊料的焊接温度低，热应力更小。因此，QFN元器件的分层问题主要是由应力引起的，潮敏和炉温等因素起到了辅助作用。

2.高分子钽电容锡珠

高分子钽电容的锡珠现象是其受潮后的显性表现。受潮物料在高温再流焊后，内部高分子材料容易产生裂纹，导致锡珠溢出。因此，解决该问题的关键在于避免物料受潮。

改善建议与措施

1.QFN分层问题改善元器件改善：

增加PAD（焊盘）的法兰盘尺寸，增强焊盘结合强度。

工艺改善：

优化钢网开孔方式，不焊接中间焊盘，或采用有铅焊接，改变应力分布状态。金鉴实验室建议客户在实际生产中，结合我们的测试数据，优化工艺参数，以减少热应力对QFN元器件的影响。

2.高分子钽电容锡珠问题改善保持原包装上线：

尽可能在车间暴露寿命时间内加工完成。

超出暴露寿命时间的物料处：

若无法烘烤重置车间寿命，需厂家配合烘烤。

车间管控：

避免拆除原包装等操作，规避物料受潮风险。

3.改善措施

• 潮敏元器件的分层失效并非完全由受潮导致，还可能与应力、焊接工艺等因素有关。
• 分层问题并非都不可接受，需根据标准和信赖性测试结果判断其对性能的影响。
• 潮敏元器件的失效问题往往是多种因素共同作用的结果，需要综合分析并采用多种改善手段解决。
• 非IC物料也可能存在潮敏问题，同样需要进行严格管控。
• 对于受潮后的高分子钽电容，虽然适当烘烤可以减少失效几率，但仍存在分层失效风险，不建议二次使用。