玻璃封装的元件,如二极管、稳压管在产品环境应力筛选(以下简称ESS)时发生开裂现象,并且不属个别现象,不同批次不同产品上均发生此类问题,因而归结为玻璃封装元件的开裂问题,众焱电子小编对其进行开裂原因的探讨并提出解决措施。
1、玻璃封装元件
此类元件为玻璃封装,一般重0.05g,直径1.85mm~2.02mm,玻壳是在600℃高温下烧结完成,然后在冷氮下强冷,玻璃釉外面是烤瓷漆,与玻璃釉结合非常紧密。
元件厂家根据GJB128A例试做了-55~150度20个循环的试验,装焊前进行了二次筛选,筛选条件为-55℃~125℃5次循环。
2、开裂情况
元件装配在PCB上后,经过清洗、三防,通电测试、ESS后,出现不同位置二极管本体开裂现象:本体轴向开裂,其内部PN结完好。
3、故障定位
将开裂元件进行金相分析,通过开裂面剖面纹路分析,元件受到了机械或热应力,而这些应力产生的可能因素是:
1)温度变化引起二极管玻璃体与电极之间存在内部应力,两种应力大到一定程度导致二极管玻璃体因过应力而沿平行于二极管轴线方向破裂;
2)二极管在SMT贴片加工装焊过程中由于引脚成形、剪切致使元件引脚、本体受力产生微裂纹,经ESS后裂纹进一步恶化而开裂;
3)二极管安装不当造成使元件引脚、本体受力产生微裂纹,经ESS后裂纹进一步恶化而开裂;
4)温度循环试验中二极管旁边的电阻体热胀冷缩产生形变,对二极管玻璃体产生平行于PCB面、垂直于二极管轴线方向的应力;
5)振动量级过大,元件与PCB共振产生垂直与PCB方向的拉力,二极管沿轴线两侧本体底部与PCB的三防漆粘结力不均,导致一侧仍粘在PCB上,另一侧拉开;
6)二极管受某种外力影响,外力大于本体内部结合力而导致本体拉裂,比如三防漆在低温有收缩应力;低温时通电对元件应力。
4、元件内部应力问题
关于二极管玻璃体与电极之间是否存在内部应力并且受温度影响而进一步开裂的问题,其实就是元件本身的质量问题。
1)将开裂的同批次未安装二极管单独进行温度循环试验:高温≥175℃,低温≤-60℃,循环10次,试验合格。说明器件本身的质量是合格的。
2)二极管生产厂家分析及试验验证
生产厂家对开裂二极管做了以下试验:
a)交变潮热试验
为考核管体破裂期间的密封性,对13只开裂二极管作了交变潮热试验,连续进行了10次循环,24h一次循环,试验合格。
b)热冲击(液体-液体)试验
为考核管体破裂器件对热应力的耐受程度,对13只开裂二极管作了热冲击试验,试验合格。
c)温度循环试验
抽取了同类产品1000只,作了温度循环试验,高温≥175℃,低温≤-60℃,循环10次,试验合格。
生产厂家结论:器件本身的质量是合格的,同时即使外壳破损的器件也能够承受一定的环境应力,其功能特性无损坏迹象。
无论是广州SMT贴片加工厂内验证还是厂家验证,都说明器件本身的质量是合格的。
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