摘要：长期存储是停产断档问题的解决方案之一，它是“最后一次购买”特殊器件的唯一解决方案，也是满足“升级筛选”或“提高额定值”需求的切实可行的解决方案。本文分析了封装形式对电子元器件长期储存的可靠性。
关键词：封装形式；电子元器件；长期储存；可靠性
电子元器件是一种精密零件，在运行系统中起着重要作用。而可靠性工作的目的是加强对电子元器件使用可靠性水平的了解及评价，更在于改进与提高其使用可靠性。此外，电子元器件作为电子设备的重要组成部分，与系统的整体运行密切相关。因此，如何提高可靠性已成为元器件应用和研制单位的一个热点问题。
一、电子元器件简介
电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。电子元器件是电子元件和电小型的机器、仪器的组成部分，其本身常由若干零件构成，可在同类产品中通用；常指电器、无线电、仪表等工业的某些零件，如电容、晶体管、游丝、发条等子器件的总称。
二、长期储存可靠性的影响因素
电子元器件的长期储存(LTS)是指在非带电状态下持续保存一段相当长的时间。具体保存时长因使用环境而异，一般来说，商业领域需超过12个月，军事与航空航天领域需超过5年，然而，在实际使用中，电子元器件在军事领域的长期存放往往需达到20年甚至更长的时间。
电子元器件在长期贮存过程中的性能下降主要是由于贮存环境不当和人工操作不当等因素造成的。环境因素包括静电、温度、湿度、污染物、氧气、阳光或紫外光源等；人工操作包括摆放、振动、冲击等；其他因素包括封装与包装的寿命和特性等。
1、静电：会引起器件PN结损坏、氧化、击穿等敏感参数效应，尤其容易对CMOS电路造成损伤。
2、湿度：若湿度过高，会加速金属通路、焊盘、引线和管脚在芯片表面的腐蚀，导致开路、焊盘鼓起或变色、键合损伤等问题。因塑料的亲水性，在加热过程中湿气也会导致塑封件表面出现鼓包或“爆米花”现象。若湿度太低，空气过于干燥，则易产生静电。
3、温度：若温度过高，芯片易出现腐蚀、材料分解、卷边、金属层应力孔等现象，非易失性存储器件也可能丢失存储的数据。若温度变化太快，易造成芯片表面的湿气凝结。
4、污染物：吸附到芯片表面可能导致键合不牢(Non-Stick-on-Pad，NSOP)、断路及与相邻金属区短路等问题。此外，污染物中常含有氟与溴，吸收空气中的水分后液化加剧腐蚀。
气密封装、塑料封装及裸芯片对上述性能因素的抵抗力依次降低。气密封装具有良好的密封性能和较高的机械硬度，能有效防止湿气入侵及撞击伤害。塑料封装除亲水性及锡须问题外，还由于材料的多样性，为长期储存埋下隐患。此外，裸芯片直接暴露于外部环境，最易受影响。
三、通用储存步骤和要求
1、根据电子元器件的稀缺程度对其进行归类，并制定相应的储存计划。对功能简单、环境适应性强、供应渠道丰富、易于替换的电子元器件，无需采取特殊措施；对高价值、不可替代、即将或已停产的器件，应制定谨慎、周密的储存计划。具体需关注的点包括产品等级(商业、工业、各种军用、航空)、封装类型和管脚材料、停产断档信息以及其他器件采购经验。
2、要求供应商诚实守信，并提供与产品有关的详细信息。在采购前，供应商应提供元器件生产批号、生产日期、制造商出具的出厂证书等信息；说明可追溯到制造商的产品流转路径、发货前产品的包装方法、存储环境与时间；以原厂包装方式发货，不得混装不同生产日期或批次的产品，不得翻新或改变封装，更改或涂抹产品标签等。
3、储存前应确认入场检验的真实性及质量。对贵重和稀缺的元器件，必须确定其真实性；对管脚数多且易受损伤的封装类型，如塑封球栅阵列(PBGA)，应检查其机械损伤，如划伤和撞击等。带有机械损伤的器件虽不会直接影响其性能，但不适合长期储存。
4、建立全过程存储数据日志。元器件到货时建立数据日志，包括产品基本信息、到货前流转路径及储存状态、到货检验等；在长期储存过程中，应以生产批号、生产日期和最小包装为单位对每天的储存环境、定期检查结果等常规内容，并记录如停电停气、位置改变等非常规事件。数据日志是器件状态确认和失效分析的重要依据。
5、确保包装用品符合标准。电子元器件存储常用的包装用品有防静电纸、晶圆盒、晶粒盒(Waffle Pack)，包装卷(Reel)、防潮袋(Moisture Barrier Bag，MBB)、干燥剂、湿度指示卡(Humidity Indicator Card，HIC)、干燥箱、干燥柜等。包装用材料不应随时间老化释放多余物质，应符合静电防护的要求。
6、储存环境应做到适宜可控，具体要求如下：典型温度：20℃±10℃。温度变化超过10℃的持续时间不应超过24h。因高温可能导致或加速包装材料的分解，应根据材料特性修正器件可承受的最高温度及最长的持续时间。典型湿度：40%～60%相对湿度(RH)。对某些亲水性元器件，湿度控制应更为严格，如光电器件中的光纤长期暴露在潮湿环境中可能表面会出现裂痕。
静电防护：搬运及安放电子元器件时，人员的穿戴和操作应符合防静电的要求，如从包装中卷取元器件时，卷盘速度应小于10mm/s，取出角度应在165°～180°。
电子元器件在储存过程中，应避免紫外线或阳光直射和化学污染，合理规划储存位置，以减少搬运与挪动次数，避免对元器件造成额外损坏，减少不必要的质检和操作步骤。
若元器件的待装时间超出待装寿命，通常有两种干燥方法：即干燥箱或烘烤。若器件待装时间小于8h，则应将元器件放置在25℃±5℃、相对湿度小于10%的干燥箱中；若待装时间不可考，通常将元器件在125℃下烘烤24h，以控制管壳吸收的水汽占总重的比例小于0.05%。烘烤过程中，每30min应在不超过30℃和60%相对湿度的环境中进行目检及重新包装。
四、塑封器件和裸芯片的特殊储存要求
1、裸芯片。裸芯片应真空密封在防潮袋中，同时防潮袋应置于温度18～24℃、相对湿度小于30%、干燥的惰性气体环境中。若非真空密封包装，应将其放置在以(2～6)×0.028m3/h速率吹氮气的氮气柜中。裸片包装和检查环境应符合ISO14644-1中6或以下等级所列要求。
2、塑封器件。在塑封器件中，湿气是最重要的防范影响因素。在标准J-STD-40中，根据塑料器件待装寿命(Floor Life)的长短，将其对湿度的敏感度分为八个等级，如表1所示。待装寿命是指元器件在使用前离开储存环境、暴露在温度不超过30℃、相对湿度不超过60%的环境中所允许的最长时间。为保证元器件的有效性，元器件从出厂之日起在测试、分装、流通等环节的累计待装时间应小于元器件待装寿命。因此，元器件制造商必须说明元器件的待装寿命；用户必须以最小包装来跟踪与累计元器件的待装时间。
表1 塑封器件湿度敏感等级
参考文献
[1]邱森宝.电子元器件的储存可靠性研究[J].电子与封装，2014(09):242-247.
[2]张倩.封装形式对电子元器件长期储存可靠性研究[J].电子元件与材料，2017，36(06):99-104.
论文作者:魏文博
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/14
标签：电子元器件论文; 元器件论文; 器件论文; 环境论文; 可靠性论文; 湿度论文; 塑封论文; 《电力设备》2019年第11期论文;