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集成电路金属封装失效方式剖析与纠正办法

发布时间:2022-04-29 02:44:10 来源:米乐m6官网

  弹载电子器材要接受很大的过载冲击,特别是炮弹发射渠道的弹体在发射时,其首要受上万g 的后坐力冲击和几百g 的横向离心作用。

  发射后的冲击首要表现为在碰到方针时的冲击,尤其是侵彻类弹药如钻地弹、冲击坦克装甲的动能弹等,一般以每秒几千英尺的高速穿入地上、混凝土、岩石、金属或其他坚固物质,其运动的均匀加速度高达两万g,最大冲击加速度甚至达十万g 甚至数十万g。

  在这种状况下,为确保弹载电子器材的正常作业,避免因为冲击过载导致的器材受损或衔接失效,抗高过载特性成为弹载的电子分体系、电子部件规划时一项必不可少的基本要求,有必要选用必定的办法对其进行抗冲击处理。

  为进步电子部件的抗过载才能, 一般对电路、设备印刷电路板及部件外壳结构进行全体灌封, 即选用适宜的灌封资料填充到电子部件中,将电子部件内部元器材之间及外结构等一切的空地杰出填充。

  本文针对一种金属气密封装的混合集成电路在使用于某弹载高发射过载冲击环境时呈现的功用失效现象,进行了机理剖析、仿真验证,而且给出了改善办法。

  选用金属气密封装的混合集成电路,设备使用于某弹载高发射过载冲击(冲击加速度峰值为8000g~10000g、冲击脉冲宽度为2.5 ms)环境,呈现了功用失效。

  失效电路相片如图1 所示。玻璃绝缘子裂纹、碎裂导致气密性封装腔体内呈现自在可移动粒子,即存在可动剩余物,而该器材设备在导弹使用环境,处于高速变相运动、剧烈轰动状况,这些自在粒子会不断磕碰,产生随机搅扰,使电路呈现了功用失效。失效现象十分直观,因而,失效清晰定坐落金属封装的玻璃绝缘子机械损害。

  玻璃绝缘子机械损害归于机械应力失效,因为该电路使用于冲击加速度峰值为8000g~10000g、冲击脉冲宽度为2.5 ms 的机械过载环境,因而揣度是机械冲击导致的失效。机理剖析重点是对电路在部件中的设备、部件结构及部件抗机械冲击等方面进行剖析。

  产品封装方式及在体系中的设备三维示意图如图2 所示(箭头方向为机械冲击过载应力方向)。由图2 可见,该集成电路为选用平行缝焊的28 线双列金属气密封装,产品设备在印刷线路板(PCB)上,印刷线路板再嵌入到外面的固定结构内。

  部件结构规划时,考虑了8000g 以上的机械冲击过载,因而规划选用了一种环氧树脂胶,对设备结构、焊接PCB 及集成电路三者进行粘接加固,对部件内部空地进行填充。

  图3 为失效产品在部件中环氧胶粘接及填充状况的相片。由图3 可知,加固的环氧胶充填存在以下两个问题:

  2)设备结构与PCB 板之间也没有彻底充溢胶,存在空泛和缝隙,未能到达杰出的一体化结构状况。

  电路在8000g 以上的高过载机械应力作用下,以上两个部位空泛和缝隙的存在,导致应力在空泛和缝隙处都不能接连均匀地传递,形成应力会集,导致PCB 及集成电路的封装产生形变,而金属封装的引腿为Φ0.45 mm 的可伐资料,引脚与外壳的绝缘选用的是玻璃资料,玻璃的资料特性决议了该处是金属封装抗机械应力的最单薄处,因而呈现了玻璃绝缘子损害现象。

  4、仿线节的剖析,选用ANSYS 软件进行仿真验证。选用proe 建模,模型导入ANSYS 力学仿真模块中进行仿真,模型的X 方向为弹头方向,Y方向为垂直于金属封装盖板方向。在X 方向施加8000g 惯性载荷,对引脚以及底边施加束缚。有限元模型如图4(a)所示。

  1)8000g 冲击导致的集成电路形变如图4(b)所示,能够看出,集成电路的金属封装外壳呈现形变(色彩越深,形变越大);

  2)8000g冲击导致的Y 方向形变如图4(c)所示,能够看出,集成电路封装呈现翘曲变形,这将导致引脚处应力会集。

  由仿真成果可见,机械冲击过载应力导致集成电路封装金属外壳形变,金属外壳形变使脆性的玻璃绝缘子呈现机械性损害后碎裂。

  因为集成电路与PCB 及设备结构的粘接加固环氧胶未能充填杰出,存在空泛及缝隙,未能到达结构的一体化状况,应力在填充环氧树脂的空泛和缝隙处都不能接连均匀地传递,形成应力会集,会集的应力导致了缝隙处引脚及玻璃绝缘子失效。

  产品设备后的部件选用环氧树脂胶进行粘接、填充及加固,环氧树脂胶比较黏稠,流动性差,在粘接及填充加固操作时,小缝隙处简单因胶流不进去而导致填充胶呈现缝隙及空泛,形成集成电路设备后的部件未能到达杰出的一体化作用。

  2)胶料混合后,选用真空设备进行排泡处理,真空与常压替换进行, 在胶料不溢出的前提下,线)规划了专用的胶滴注工艺设备,处理集成电路与印刷电路板间以及与设备结构间细小缝隙胶填充均匀性、充沛性问题;

  经过以上办法,彻底避免了环氧树脂胶填充的缝隙、空泛问题,处理了该金属封装集成电路在高机械冲击过载应力下的失效现象。

  高机械冲击过载环境使用的电路安装焊接在PCB 上成为电子部件后,经过灌封使电子部件到达彻底一体化结构是进步抗过载才能的必要工艺。灌封工艺进程操控十分要害,灌封工艺规划不合理或许操作不妥都会导致灌封后部件呈现缝隙、空泛等问题,不能到达杰出的一体化结构作用,达不到抗机械冲击过载要求。