潮敏与污染是导致光耦不稳定失效的因素

潮敏与污染是导致光耦不稳定失效的因素光耦以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。光耦的大量使用，以及随着半导体技术的发展，其集成度也越来越高，在使用中发生失效的现象也呈现多样、复杂等特点，甚至还出现不稳定失效等现象。本文结合用户使用的Avago的光耦，如ACPL-W341等产品发生的失效案例，对导致光耦失效的可能因素进行分析和探讨。有些客户在使用Avago的光耦，如ACPL-W341等产品一段时间后，发现极小概率会出现短暂失效的情况；而且随着对某些光耦的加热处理，失效情况概率会更高。这样的情况一般是delamination导致的。而delamination与加工处理过程中被侵蚀与污染有关。在现代印制板加工工业中，从清洗器件管脚到回流/波峰焊等各方面，都会大量使用助焊剂。使用含卤素或无卤素的助焊剂虽然都有风险，但含卤素助焊剂显然危害更大。因为助焊剂焊后残留物容易侵蚀污染被焊件。而这样的异种元素侵蚀与污染往往是由于忽视了IC的潮敏等级所导致的。IC的潮敏等级是指IC物料的潮湿敏感度MSL的等级。例如有一些Avago的宽体塑封光耦潮敏等级为MSL-3级（如ACPL-W341；而其它大部分光耦则为MSL-1级），即整包装物料拆除整真空包装后，必须尽快进行贴到PCB板上。因为MSL3级意味着在拆除真空包装后，IC暴露于小于或等于30°C/60%RH的环境下，最长保存时间为168小时；如果在高温湿度环境下，保存时间将更短。超过保存时间后，IC贴片将可能存在虚焊的隐患、甚至有可能损坏芯片，特别是受潮的芯片过回流焊损坏率极高。异种元素侵蚀与污染往往是在高热高湿环境下容易发生；高热高湿环境像催化剂一样，让失效情况出现概率增大。而delamination的后果一般是比较严重的，可能会让光耦出现短暂性失效，而这样的失效现象也有可能是随机的，难以复现的，给故障排查与处理带来很大难度。究其本质原因，可能就是在高湿环境下，处于瞬间高温的IC内部的LeadFrame与包裹的封装材料的膨胀系数不一样，导致有罅隙出现，而在一般的PCB处理过程中在IC的管脚处一般又会涂抹上助焊剂等材料，里面的一些元素会在特定场合下（如下描述的电场下）进入到芯片的LeadFrame导致进一步的污染。不拆除真空包装的物料是预防异种元素侵蚀与污染的方法之一。所以建议在准备贴片前才拆真空包装，拆除后尽快贴片。同时请注意每个物料的MSL等级，进行相应操作，避免生产隐患。超过保存时间后的芯片，在贴片前按规定进行烘焙才能恢复拆真空包装前的保存时间。另一个避免污染的方法就是尽量使用无卤素助焊剂。