封裝材料的濕氣失效分析

1、1.濕氣失效分析的簡單介紹 1.1 濕氣分析理論 1.2 實(shí)例分析2. High-Performance Light-Emitting Diodes Encapsulated with Silica-Filled Epoxy Materials封裝材料分類：1.金屬外殼封裝2.陶瓷外殼封裝3.塑料（高聚物）外殼封裝1.1.11.1.1濕氣擴(kuò)散理論濕氣擴(kuò)散理論1.1.2 1.1.2 濕氣膨脹應(yīng)力分析濕氣膨脹應(yīng)力分析1.1.3 1.1.3 蒸汽壓力分析蒸汽壓力分析常用塑封材料常用塑封材料：一般為環(huán)氧樹脂類熱固性塑料：一般為環(huán)氧樹脂類熱固性塑料聚合物特點(diǎn)聚合物特點(diǎn)：多孔性多孔性、親水性親水性。濕氣濕

2、氣：指進(jìn)入到封裝材料中的水蒸：指進(jìn)入到封裝材料中的水蒸氣氣或或液態(tài)液態(tài)形式的水分子形式的水分子濕氣存在形式濕氣存在形式：（1 1）單一氣態(tài)；（單一氣態(tài)；（2 2）氣液混合態(tài)；（）氣液混合態(tài)；（3 3）結(jié)合水）結(jié)合水 濕濕熱應(yīng)力熱應(yīng)力以及濕氣以及濕氣是在是在電子封裝材料的分層的主要原因。電子封裝材料的分層的主要原因。水分?jǐn)U散水分?jǐn)U散進(jìn)入進(jìn)入封裝材料中封裝材料中，使封裝材料膨脹，并且降低其界面使封裝材料膨脹，并且降低其界面粘合強(qiáng)度。粘合強(qiáng)度。據(jù)美國汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查結(jié)果，在汽車工據(jù)美國汽車工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查結(jié)果，在汽車工業(yè)中使用的電子設(shè)備所接觸的濕度環(huán)境一般是業(yè)中使用的電子設(shè)備所接觸的濕度環(huán)境一般

3、是3838/95%RH/95%RH，局部位置可以達(dá)到，局部位置可以達(dá)到6666/80%RH/80%RH濕氣引起的封裝器件失效濕氣引起的封裝器件失效：（1 1）濕應(yīng)力破壞；）濕應(yīng)力破壞；（2 2）爆米花失效；（）爆米花失效；（3 3）材料性能下降）材料性能下降濕氣使環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度濕氣使環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低了降低了3030 高聚物電子封裝件在執(zhí)行表面貼裝工藝時(shí)常常發(fā)生類似“爆米花”式的孔穴破裂現(xiàn)象，早期的研究大多認(rèn)為熱應(yīng)力是導(dǎo)致發(fā)生這一破壞的主要原因?，F(xiàn)在有研究指出: 高聚物電子封裝件的微孔在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的吸濕，進(jìn)而在回流焊高溫下產(chǎn)生的蒸氣壓力，是導(dǎo)致發(fā)生孔穴破裂的主要原因。（1

4、 1）濕應(yīng)力）濕應(yīng)力：由于聚合物材料易于吸收周圍環(huán)境中的濕氣而產(chǎn)生濕膨脹，而封裝器件中不同材料的吸濕性質(zhì)不一，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生不同的濕應(yīng)力。（2 2）聚合物中吸收的水分子存在形式）聚合物中吸收的水分子存在形式A）自由水：在微空洞中以自由分子的方式存在；B）結(jié)合水：水分子與聚合物分子鏈間形成氫鍵。（3 3）實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)A）熱機(jī)械分析儀（Thermal mechanical analyzer， TMA）：測量吸濕過程中的尺寸變化；B）熱重分析儀（Thermal gravitational analyzer，TGA）：測量吸濕過程中的重量變化。塑封器件吸濕后所產(chǎn)生的內(nèi)部蒸汽壓力，塑封器件吸濕后所產(chǎn)生的內(nèi)部蒸

5、汽壓力，被認(rèn)為是引起被認(rèn)為是引起“爆米花爆米花”開裂現(xiàn)象最接的開裂現(xiàn)象最接的因素，也是最主要的破壞機(jī)制因素，也是最主要的破壞機(jī)制經(jīng)過168h的吸濕時(shí)間后，封裝體環(huán)氧塑封材料吸濕量基本達(dá)到飽和8585RH潮濕環(huán)境條件下經(jīng)過96h的吸濕時(shí)間后，綜合變形8585RH潮濕環(huán)境條件下經(jīng)過96h的吸濕時(shí)間后，應(yīng)力情況1.改進(jìn)封裝材料2.換另一種封裝材料3.改變環(huán)境1.1.摘要摘要2.2.引言引言3.3.實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 3.1 3.1 濕氣預(yù)處理濕氣預(yù)處理 3.2 3.2 水吸附和濕氣吸附的重力測量水吸附和濕氣吸附的重力測量4.4.結(jié)果與討論結(jié)果與討論 4.1 4.1 水水( (液態(tài)水液態(tài)水) )和濕氣和濕氣（氣

6、態(tài)水）（氣態(tài)水）吸附吸附5.5.結(jié)論結(jié)論 封裝材料對發(fā)光二極管（LED）的性能和可靠性有很大的影響。在這項(xiàng)研究中，本論文通過LED的封裝與填料粉末加入環(huán)氧樹脂材料制成高性能的LED器件。四種無機(jī)二氧化硅填料（即，石英、熔融二氧化硅、方英石和球形二氧化硅）及一種有機(jī)填料（即球狀硅粉末）分別并入環(huán)氧樹脂的封裝材料中，以比較它們對LED器件性能的影響。環(huán)氧樹脂的封裝材料和LED器件的性質(zhì)能用差示掃描量熱儀（DSC）、熱重分析（TGA）、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）、熱機(jī)械分析（TMA）、紫外分光光度計(jì)（UV-VIS）、掃描聲學(xué)顯微鏡（SAM）和掃描電子顯微鏡（SEM）來研究。一、環(huán)氧樹脂具有的優(yōu)異性能：從

7、機(jī)械和光學(xué)性質(zhì)的角度來看，以環(huán)氧樹脂為基的材料為表面貼裝器件（SMD）封裝提供相當(dāng)平衡的性能。其獨(dú)特的化學(xué)和物理性質(zhì)，如優(yōu)良的耐化學(xué)性和耐腐蝕性，電和物理性能，優(yōu)異的粘附性，隔熱，低收縮，以及合理的材料成本，環(huán)氧樹脂材料已經(jīng)被最廣泛地用于顯示器的封裝。具有優(yōu)異的耐氣候性和高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的環(huán)氧樹脂材料可最小化陽光和加熱所引起老化現(xiàn)象一、環(huán)氧樹脂的不足之處： 當(dāng)在焊接回流期間開發(fā)的總濕熱應(yīng)力超過界面的附著強(qiáng)度時(shí)發(fā)生脫層，從而導(dǎo)致封裝材料的保護(hù)能力降低。二、用無機(jī)二氧化硅填料（石英、熔融二氧化硅、方石英和球形二氧化硅）及一種有機(jī)填料（即球狀硅粉末）分別并入環(huán)氧樹脂的封裝材料的原因： 提高了金屬框架

8、和封裝材料之間的界面相互作用，而已廣泛引入無機(jī)填料，大多二氧化硅，用以降低封裝材料的熱膨脹系數(shù)。2.1 2.1 濕氣預(yù)處理濕氣預(yù)處理 預(yù)處理過程如下：第一步，樣品在125下烘干16小時(shí)以消除封裝材料中的殘留水分；然后經(jīng)過五次-65150熱循環(huán)來模擬不同溫度轉(zhuǎn)變；再將它們放入一個(gè)85和相對濕度為85的環(huán)境下168小時(shí)。在冷卻到室溫并且100的相對濕度后，將樣品進(jìn)行260峰值溫度下紅外（IR）回流三次。2.2 2.2 水水（l l）吸附吸附和和濕氣濕氣(g)(g)吸附吸附的重力測量的重力測量 材料的水吸附測量是在85，通過將干燥的矩形樣品浸入到去離子水的水浴中。濕氣吸附試驗(yàn)是在一個(gè)保持在85和85RH的環(huán)境 室 進(jìn) 行 的 。 所 有 的 樣 品 都 是 按20mm20mm0.9mm尺寸制備的，并且相同組成的五個(gè)試樣進(jìn)行了分別研究以獲得吸附量的平均值。在吸附實(shí)驗(yàn)之前，將所有樣品都徹底洗滌，然后在真空爐中干燥至達(dá)到恒干重。水（a）和濕氣（b）擴(kuò)散到不同的環(huán)氧體系的重力結(jié)果從重力測量計(jì)算結(jié)果（a:平衡水含量的單位重量為;b:擴(kuò)散系數(shù)的單位是10-8S-1cm2）C-SAM（掃描聲學(xué)顯微鏡照片）圖像，從樣品中從左到右分別是純的環(huán)氧樹脂、石英、熔融、方石英、球形和硅。 它表明，石英的系統(tǒng)在可靠性試驗(yàn)和老化試驗(yàn)同時(shí)表現(xiàn)出