这是个关于电子元器件封装和焊接防护的好问题!核心原理在于 焊接形成的物理密封屏障 和 暴露面的减少。以下是详细解释:
未焊接SD NAND芯片的脆弱性:
导致内部金属层腐蚀。
降低绝缘材料的性能。
在后续高温焊接(回流焊)时,由于湿气急剧受热膨胀,产生强大的内部蒸汽压力,导致封装体内部开裂、分层,甚至爆裂,这就是著名的“爆米花效应”。
封装材料吸湿性: SD NAND芯片(以及其他BGA、QFN等封装芯片)的封装体通常由环氧树脂模塑料制成。这种材料本身具有一定的吸湿性,会缓慢地从空气中吸收水分。
暴露的封装表面: 未焊接的芯片,其整个封装体的所有表面(包括顶部、侧面和底部)都直接暴露在空气中。
底部焊盘/焊球暴露: 最关键的是,芯片底部的金属焊盘或锡球也是直接暴露的。这些金属区域与封装材料的交界处,以及封装材料本身的微小孔隙,是湿气侵入封装体内部的主要路径。
内部结构敏感: 芯片内部包含极其精密的硅晶圆、金属互连线、绝缘层等结构。湿气渗透进去后,可能:
焊接后SD NAND芯片的防护机制:
防潮: 形成一层疏水薄膜,阻止湿气直接接触芯片顶部封装体和PCB表面。
防尘、防污、防化学腐蚀: 保护电路免受环境中其他有害物质的侵害。
绝缘: 提供额外的电气绝缘。
焊料熔融填充: 当焊锡(锡膏或锡球)熔化时,它会润湿芯片的焊盘/焊球和PCB上的焊盘。
形成连续金属层/连接: 熔融的焊锡会填充芯片底部与PCB焊盘之间的所有空隙,并在冷却后凝固,形成连续的、致密的金属连接。
隔绝空气和湿气: 这层凝固的焊锡层(以及助焊剂残留形成的部分保护层)有效地密封了芯片的整个底部区域,将封装体底部与外部环境(空气、湿气)隔绝开来。这是最主要、最关键的防护。
底部形成物理密封: 焊接过程(回流焊)的核心作用之一就是在芯片底部形成可靠的物理密封屏障:
侧面部分保护: 焊接后,芯片的侧面虽然仍暴露,但其与PCB接触的边缘部分通常也被焊锡形成的焊点(尤其是BGA四周的焊球)或底部填充胶(如果需要点胶)部分覆盖或保护,减少了侧面湿气侵入的路径。
顶部保护涂层: 在成品电路板上,SD NAND芯片的顶部(以及整个PCB)通常会涂覆一层三防漆。这是一种特殊的化学涂层(如丙烯酸、聚氨酯、硅酮、环氧树脂),专门用于:
暴露面减少: 焊接和涂覆三防漆后,芯片真正暴露在空气中的面积大大减少,只剩下顶部的局部区域(如果涂漆)或侧面未被焊锡/胶完全覆盖的小部分区域,显著降低了湿气接触和渗透的机会。
湿度敏感等级的关联:
芯片制造商会给每个芯片指定一个湿度敏感等级。这个等级定义了芯片在拆开原厂防潮包装后,暴露在车间环境空气中的最长安全时间。
超过这个时间,芯片吸收的湿气就可能达到危险水平,在后续回流焊时发生爆米花效应的风险急剧增加。
一旦芯片被成功地焊接在PCB上并经过适当的后处理(如清洗、涂覆三防漆),它就不再受MSL时间限制,因为它已经被有效密封和保护起来,可以安全地暴露在正常环境湿度下了(除非长时间处于极端潮湿环境)。
总结:
未焊接芯片: 所有表面暴露,尤其是底部焊盘/焊球是湿气侵入的主要通道。封装材料吸湿,内部敏感结构面临受潮和后续焊接爆裂风险。必须严格遵守MSL时间限制,并储存在干燥环境中。
焊接后芯片:
关键: 焊接过程在芯片底部形成了一层致密的焊料金属密封层,物理隔绝了湿气从底部侵入的主要通道。
辅助: 焊接点对侧面有一定保护作用。
增强: 顶部涂覆的三防漆提供了额外的防潮屏障。
结果: 暴露面积大幅减少,湿气侵入路径被有效阻断,芯片在正常环境下不易受潮。
因此,焊接不仅仅是电气连接的手段,更是为芯片提供至关重要的物理环境防护的关键步骤。那个看似简单的焊点层,实际上是保护芯片免受湿气侵害的第一道坚固防线。