设备的化学接触
设备的化学接触
布莱德利·史密斯
品质保证及可靠性
亚博棋牌游戏Allegro MicroSystems, LLC
简介
Allegro™MicroSystems, LLC (Allegro)生产具有标准内部铝互连和外部镀锡铜端子的半导体器件。硅基器件在标准的非密封环氧封装中模压成型。客户可能希望在各种配置、应用和暴露在环境元素和湿度、化学溶液、机油、传动液、路面盐等环境中的情况下使用Allegro设备亚博尊贵会员
等等，都可能发生。在某些情况下，这些不同类型的化学物质可能会导致设备的腐蚀和故障。本应用说明讨论了可能导致设备腐蚀失效的情况和应用类型。亚博尊贵会员详情请参阅设计中心部分，以了解可能与焊接和封装相关的其他信息，包括应用说明快板产品(SMD和通孔)焊接方法，AN26009；使用霍尔效应器件设计组件指南，AN27703.1;而且使用后偏霍尔效应器件的导铅指南，AN296080．
非密封环氧树脂包装
半导体工业中的密封封装是一种陶瓷封装，它完全密封有源硅器件，使其不受任何和所有化学物质的进入。半导体工业中的非密封封装是一种塑料封装(填充环氧树脂)，它覆盖但不密封活性硅器件的化学入口。例如，染料渗透试验暴露结果表明，渗透染料可以在所有非密封包装中找到，但在密封包装中没有。这是因为环氧树脂与外部端子(铜引线)的粘结不是完全紧密的，并且可以在界面上留下一个足以允许化学物质渗透的微毛细管空隙。
化学物质渗透到硅有源器件的可能性意味着Allegro不可能对器件的腐蚀故障进行保修或保证。因此，客户有责任以尽量减少或防止设备暴露于腐蚀性化学品的方式使用设备。已发现对内部硅有源器件具有腐蚀性的化学物质有(但不限于):氯化物、磷酸盐、强酸、强碱、汽车尾气、机油、变速箱油、冰融化盐、人类污染和其他汽车流体。由于化学品种类繁多，不断变化的商业配方，以及设备可能运行的未知环境，Allegro没有也不能测试或鉴定化学品的腐蚀潜力。因此，客户或最终用户有责任在实际应用环境或模拟中确定设备的最终配置。
在图1中，硅器件上的铝互连被腐蚀，因此在现场暴露于汽车变速箱油后，电路被电断开。FTIR分析证实硅器件表面有传输油，证明油的渗透是完全的。包含该装置的包装没有过模或保形涂层。
降低腐蚀的可能性
在我们设备的应用或组装过程中，通过消除使用腐蚀性化学物质并替代非腐蚀性化学物质，Allegro设备可以避免暴露于腐蚀性化学物质中。例如，如果设备要焊接到电路板或其他焊接操作上，则使用的焊剂应是不含卤素的焊剂。任何用于清除助焊剂残留物的化学品也应不含卤化物和磷酸盐(这包括许多有机溶剂和有机化合物)。
在包含设备的包装上使用保护涂层还可以保护设备免受化学暴露。保形涂层可以非常有助于防止化学物质进入包装。通常，保形涂层是在设备包焊接到电路板上，或连接或焊接到终端上，或安装在组件中之后应用的。保形涂层可以喷涂、浸渍、用滚轮涂抹、灌封或注入到设备上或设备周围。请注意，喷涂涂层不能完全密封所有表面，因为它是单向的，设备的底部可能没有密封。浸渍或盆栽保形涂层提供了更好的完全密封保证。有数百种类型和品种的保形涂料可供选择，最常见的是硅胶，聚氨酯和环氧树脂。这些涂料可以热固化、空气固化或紫外线固化。
进一步的保护可以用于保护设备包装在恶劣的环境中，通过盆栽或过度成型的塑料。这通常用于用于ABS、变速箱、凸轮定时或其他汽车应用的霍尔传感器ic。亚博尊贵会员设备包装应该完全封装在模具塑料中，以提供更好的密封，防止化学物质进入。复模的原料应具有这样的纯度等级，具有低ppm含量的氯化物和磷酸盐。尼龙(PA)型过模可能会出现问题，因为它很容易吸收水分，从而加速腐蚀。具体来说，尼龙6或66型已知有严重的吸湿问题，而尼龙612则不那么严重。聚苯硫醚(PPS)完全不吸收水分，是某些类型应用的最佳选择。亚博尊贵会员任何引线、端子或从组件发出的导线也应该用二次密封剂、灌封化合物或保形涂层进行过模或密封。一般来说，应该注意塑料与其他塑料不能完全密封。还要注意，不建议使用超强力胶(氰基丙烯酸)。
产生腐蚀失效的加速因素和其他条件包括时间、温度、湿度、腐蚀性化学物质的浓度、腐蚀性化学物质渗透到电子封装中的数量、化学物质的类型和湿度。客户在组装过程中直接处理设备造成的人为污染也可能导致腐蚀，在组件组装或板安装过程中，必须使用手套和口罩来避免这种腐蚀源。Allegro采取了大量措施，以确保其制造和组装的每个阶段都能防止手套、口罩和从头到脚的洁净室长袍的使用造成污染。
一般来说，使用的密封材料层数越多(为任何试图进入的化学物质提供更曲折的路径)，设备受到的保护就越多，长期可靠性也就越高。因此，在设备上使用保形涂层，然后使用塑料覆模，将比单独使用保形涂层或覆模提供更大的化学腐蚀可靠性。客户必须根据预期的应用、暴露于腐蚀性化学品和所需的可靠性水平选择适当的配置。
腐蚀性污染物
随着时间的推移，水会浸出各种污染物，甚至在压模应用中也是如此。亚博尊贵会员在组装过程中，较高的加工温度会加速浸出，但更重要的是长期影响。这可能导致最终产品被送到现场后形成腐蚀性化合物。腐蚀的主要贡献者是卤化物和磷酸盐化合物。在装配过程中应严格避免含有卤化物(氯化物)和磷酸盐的材料。这不仅适用于助焊剂，也适用于焊料和锡膏，以及过模化合物。特别值得关注的是尼龙(PA)过模化合物，它可能非常容易吸湿。防止这种腐蚀的最好方法是消除制造过程中使用的所有材料中的卤化物。例如，高级尼龙通常只有最低的卤化物含量。此外，还应定期审查所有工艺阶段，以确保没有引入污染源。 Sources can include not only materials consumed in manufacturing, but also substances that can be conveyed on the persons of production workers. Face masks, gloves, and suitable gowning should be in use at all times. The customer’s assembly operations should also take precautions to prevent the contact of the devices with bare fingers and similar contamination. Note that finger prints contain salt (sodium chloride) which can be particularly corrosive.
保护终端免受腐蚀
该装置的端子(引线)是镀锡的铜基，也容易腐蚀。铜会被酸、盐、磷酸盐和其他腐蚀性化学物质腐蚀。类似的化学物质也会腐蚀锡。如果有足够的化学物质暴露，铜引线和镀层会被攻击和溶解，形成开路，或者轻微腐蚀的残留物会在引线之间提供导电的泄漏路径，或产生树枝状生长的短路，这可能导致设备的电气故障。腐蚀性焊剂可能是一个问题，如果它含有氯化物或活性焊剂在焊接后没有彻底洗掉。焊剂类型的商业名称是“含水清洁焊剂”或“无清洁焊剂”。这两种类型的助焊剂都应该从板上清除，以防止任何残留物直接引起腐蚀或阻止保形涂层或过模材料的良好密封。应用环境可能会使引线暴露在盐、自动变速箱液(ATF)、机油、废气或其他化学物质中，随着时间的推移，所有这些都可能会攻击和破坏端子的完整性。因此，应注意保形涂层、灌封或用过模复合封装终端和整个封装体。
汽车应用程序亚博尊贵会员
霍尔电池器件的使用汽车应用程序亚博尊贵会员暴露在道路盐、ATF、手动变速箱油、机油、其他汽车液体和润滑油以及废气中是最具潜在腐蚀性的环境之一。多年来，该领域的经验(涉及数亿台设备)导致了很少的腐蚀故障，总体腐蚀水平为ppb(十亿分之一)。在设计、设计和制造汽车组件时应非常小心，以尽量减少腐蚀性元素进入设备并破坏它的机会。Allegro建议在这些腐蚀性环境中使用保护覆盖物，如保形涂层、过模、盆栽等，以帮助提供多层保护。对于现有的保形涂料，如硅树脂、聚氨酯丙烯酸酯和环氧树脂，客户必须选择一种涂料和应用方法，以提供最佳的可靠性。注意，尼龙的过度成型本身并不能提供最好的保护，因为尼龙很容易吸收水分和污染物。这就是为什么灌封复合材料可能是更好的选择，或者如果必须使用尼龙(尼龙612是最好的尼龙)，它们应该在过度成型之前在Allegro封装和引线上使用良好的保形涂层。或者可以使用PPS，它不会有尼龙的潮湿问题。
文献中有论文和文章明确指出，ATF和其他汽车液体会腐蚀电子设备。其中一篇文章是:“改进传感器可靠性”，J. Titus，测试与测量世界，3/1/2005。另一个是:“铜和铝连接件暴露在汽车机油中的腐蚀研究”，Toshiaki Ishii, Nobutake Tsuyuno, Toshiya Sato和Mitsuhiro Masuda, IEEE组件和包装技术汇刊，第29卷，第1期，2006年3月。
结论
所引用的论文表明，有源硅电路很容易腐蚀。Allegro用于封装设备的环氧成型化合物提供了比裸硅电路更大的保护程度，但它不是绝对的。进一步的保护可以通过使用额外的过度成型(如尼龙或PPS)，灌封(环氧树脂)，或适当应用保形涂层(密封100%的表面积)来提供。这种保护可以使可靠性达到行业所追求的0 ppm水平，但不能保证0 ppm。此外，额外的保护可以帮助汽车行业达到10-15年的可靠性目标。然而，实现客户装配的给定可靠性目标是客户的责任，因此，在应用过程中，Allegro不承担客户装配中因腐蚀性化学物质暴露而导致的设备腐蚀的责任。
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如果一个Allegro产品的故障可以合理地预期会导致该生命维持设备或系统的故障，或影响该设备或系统的安全性或有效性，那么Allegro的产品不能用于生命维持设备或系统。
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