氣密封裝元器件可靠性要比非氣密封裝高一個(gè)數(shù)量級(jí)

來源：可靠性技術(shù)交流

微電子器件從密封方面分為氣密封裝和非密封裝，高等級(jí)集成電路和分立器件通常采用氣密封裝，多采用金屬、陶瓷、玻璃封裝，內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，充有高純氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，也含有少量其它氣體。工業(yè)級(jí)和商業(yè)級(jí)器件通常采用塑封工藝，沒有空腔，芯片是被聚合材料整個(gè)包裹住，屬于非氣密封裝。

總體上，氣密封裝元器件可靠性要比非氣密封裝高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，氣密封裝元器件一般按軍標(biāo)、宇航標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試、檢驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)，失效率低，多用于高可靠應(yīng)用領(lǐng)域。非密封器件，一般適用于環(huán)境條件較好，可靠性要求不太高的民用電子產(chǎn)品。 氣密封裝器件散熱性好，環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，軍品和宇航級(jí)元器件額定工作環(huán)境溫度能達(dá)到-55℃~+125℃。塑封非氣密封裝器件散熱較差，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同一般分為商業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)，商業(yè)級(jí)額定工作環(huán)境溫度為0℃~70℃，工業(yè)級(jí)額定工作環(huán)境溫度為-40℃~85℃，也有一些工業(yè)級(jí)塑封元器件工作上限溫度可達(dá)到+125℃，達(dá)到軍溫水平。 氣密封裝元器件的空腔內(nèi)部都含有少量水汽，國軍標(biāo)和美軍標(biāo)對(duì)內(nèi)部水汽含量都做了明確限制，規(guī)定內(nèi)部水汽含量不能超過5000ppm。

這是因?yàn)樗扛呖赡芤鹨恍┛煽啃詥栴}，包括內(nèi)部化學(xué)污染，加速對(duì)內(nèi)部金屬的腐蝕，主要是對(duì)引線和沒有鈍化層保護(hù)的鍵合區(qū)的破壞，也可導(dǎo)致元器件絕緣性能下降或參數(shù)超差。低溫下可引起繼電器功能失效。由于內(nèi)部水汽含量超標(biāo)曾經(jīng)引起多批元器件失效并導(dǎo)致極其嚴(yán)重的系統(tǒng)災(zāi)難。

(密封元器件內(nèi)部典型結(jié)構(gòu))

（密封元器件AL線受到腐蝕） 5000ppm水汽含量的直觀定義是這樣的：假設(shè)密封封裝內(nèi)的水汽含量為5000ppm，則其25℃貯存條件下內(nèi)部相對(duì)濕度為16%，而在使用條件下（產(chǎn)生熱量，假設(shè)溫度升高為55℃）的內(nèi)部相對(duì)濕度為3.2%。 在這樣相對(duì)濕度條件下，封裝內(nèi)表面吸附的液態(tài)水很少，不能形成3個(gè)單分子液態(tài)水的腐蝕必要條件，能夠保證元器件長(zhǎng)期貯存和使用環(huán)境下的可靠性。內(nèi)部水汽含量是氣密封裝元器件一項(xiàng)嚴(yán)格的封裝工藝控制項(xiàng)目，在每批次元器件質(zhì)量一致性測(cè)試項(xiàng)目中是必須的。同時(shí)也是第三方破壞性物理分析必須的試驗(yàn)項(xiàng)目。 除了抽樣進(jìn)行內(nèi)部水汽含量檢測(cè)外，控制內(nèi)部水汽含量的另一個(gè)有效辦法是密封性檢查。通過測(cè)量每個(gè)元器件的漏率確保氣密封裝完好性，避免空氣中的水汽侵入影響元器件可靠性。因此選用高等級(jí)元器件對(duì)于保障系統(tǒng)可靠性是有力保障措施之一。