什么是RGA

RGA是Residual Gas Analysis残余气体分析的简称,也称做Internal Moisture Analysis内部水汽分析,或者IVA(Internal Vapor Analysis),IGA(Internal Gas Analysis).

空气成分

基本概念

水汽的来源

水汽含量上限

正常的空气成分按体积分数计算是: 氮约占78%,氧约占21%,稀有气体约占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn,大部分都是氩气,二氧化碳约占0.031%,还有其他气体和杂质约占0.03%,如臭氧、一氧化氮、二氧化氮、水蒸气 等。

空气组成

湿度空气的干湿程度,或表示含有的水蒸气多少的物理量,称为湿度。单位体积的空气中含有的水蒸气的质量叫作绝对湿度。由于直接测量水蒸气的密度比较困难,因此通常都用水蒸气的压强来表示空气的绝对湿度并不能决定地上水蒸气的快慢和人对潮湿程度的感觉,因此引入相对湿度。



相对湿度指空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比。或湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。也可表示为湿空气中水蒸气分压力与相同温度下水的饱和压力之比,用RH表示。



水汽含量指湿空气中的水汽质量与湿空气的总质量之比,或者某固定容积内的水汽体积与该容积之比 (ppmv)。

封装中的水汽主要来自三个方面:

1. 气密封装工艺控制不当,导致封装时就引入过多的水汽

气密封装腔体气氛为纯氮气或者氮-氦混合气体(氦含量占比10~20%,预充氦气优点是可以快速检漏,而且检漏灵敏度高,缺点是氦气很贵),其水含量可达50ppmv以内;

气密封装前,待封装物料都要放置在真空中烘箱中烘烤,以除去表面吸附的水汽,真空除水汽后,待封物料直接转入封装室,进行密封,整个过程不与外界气氛接触。如果工艺控制得当,可以保证密闭封装后的初始水汽含量在100ppmv以内。但如果氮气纯度不够,或者除气不充分,就会显著增加初始封装中的水汽含量。

2. 封装材料挥发出来的

水汽分为吸附在材料表面的水汽和分布在材料内部的水汽。吸附在材料表面的水汽较容易通过短时间的真空烘烤排除,材料内部的水汽短时间内很难充分释放。这些水汽在封装内部慢慢释放出来,使得密封腔体内的水汽含量逐渐升高。比如未充分固化的胶水、管壳的镀金层(电镀过程中水汽可能被密封在镀层中)都是水汽的主要来源。

3. 从外界渗入的水汽

水汽以外的其它气体相对含量较为固定。水汽的含量随着温度和相对湿度不同而不同,但远远大于封装内部5000ppmv的标准。所以水汽会沿着漏孔向封装内部渗透。

对腔体内的气体成分进行分析,如果同时发现氧气含量≥0.7%,且氧气与氩气比例在22.3附近,则说明封装内部过高的水汽可能来自空气中的水汽的渗入。(对于同样尺寸的漏孔,氧气和氩气的漏率是差不多的,所以其泄露到腔体内的比例是固定的=20.95/0.94=22.3,这一比例可以作为是否有泄露的判据)

控制气密封装中的水气含量,是保证封装可靠性的关键。水气含量要控制在什么水平呢?早期的可靠性研究认为,水气含量在500ppmv (ppmv为百万分之一体积分数) 以内是最稳妥的。但这一含量实在太低了,想精确测定都比较困难,对于实际工程应用非常不便。后来科学家基于下面三个因素,



1. 将 容积为 0.01 cc至 0.85 cc的气密封装内的水气含量上限定在5000ppmv (对于水汽敏感器件或宇航级器件应加严到2000ppmv 以下)。



2. 水作为与腐蚀性离子的运输通道,至少需要三层水分子。如果封装表面吸附的水分子不超过三层,则不会发生化学腐蚀。三层水分子对应多少含量的水汽呢?对于大部分封装,5000ppmv是合适的。



3. 5000ppmv的水汽含量容易测定,测定精度较好。

水汽的危害(RGA的必要性和作用)

大量的实践表明,水汽是引起封装失效的必要条件之一。根据水汽的物理形态不同,其对封装的危害方式也不同。

内部气氛对密封电子元器件的性能、寿命和可靠性有重要的影响。如果水汽含量过高,或同时还有其他的有害元素,可导致器件失效或性能参数不稳定。

水汽

加速对电路的腐蚀作用,造成密封腔内部环境的恶性污染形成电路的短路或烧毁,导致电路失去应有的功能作用以及影响电路的正常转换。

氢气

氢气作为电子元器件制造、加工过程中的一种重要气氛,不可避免地会变成金属封装密封器件内腔的残余气体,参与了其部分失效过程。

氢气能够参与密封器件内部水汽的形成进入材料的氢会使材料产生氢损伤,形成微裂纹,影响器件性能并导致密封性变差,环境气氛进入密封腔而引起器件失效。

很多金属如钛、铂、钯,能够形成稳定的氢化物,氢化物是一种脆性相,使材料的塑性和韧性下降。例如,某集成电路中的铁薄膜电阻被氢化,体积膨胀而变形,电阻率发生变化,集成电路的性能也受到影响。

表格

注:必要条件的意思是,单独水汽不足以引起腐蚀和失效,封装中还应该存在腐蚀性离子。水汽作为腐蚀性离子 (主要包含 氯离子、氟离子、硝酸根、硫酸根、磷酸根等阴离子离子 以及 钠、钾等阳离子) 的载体和运输通道,是其引起封装失效的根本原因。


            所以对器件进行水汽测试,尤为重要。如有这方面的需求,请  联系线上客服 了解询价。

RGA与标准

MIL-STD-883K CHG-1 Method 1018.8

Telcordia GR-1221-CORE issue 3 2010

Telcordia GR-468-CORE issue 2 2004

GJB 548B-2005微电子器件试验方法和程序方法10181-内部水汽含量程序1 内部气氛的影响

表格

咨询业务

我们的优势
工业和信息化部电子第五研究所(中国赛宝实验室),又名中国电子产品可靠性与环境试验研究所,始建于1955年,是中国最早从事可靠性研究的权威机构。
广州总部(天河、花都、增城)现有占地面积122万平方米,科研生产用房面积10万多平方米,各类试验、分析测试和计量设备仪器10555台套,业务覆盖整个华南地区 ;现有职工5500多人,各类科技人员占80%以上。
实验室可提供从材料到整机设备、从硬件到软件直至复杂大系统的认证计量、试验检测、分析评价、技术培训、工程监理、节能环保、专用设备和专用软件研发等技术服务。实验室具有多项认证、检测资质和授权,可在世界范围内开展认证、检测业务,代表中国进行国际技术交流、标准和法规的制订。同时,作为工业和信息化部的直属单位,为部的行业管理和地方政府提供技术支撑,为电子信息企业提供技术支持与服务,每年服务企业过万家。

咨询业务

覆盖全国的服务网络

已拥有覆盖全国的分实验室、试验站、办事机构网络体系:在广州、苏州、北京、重庆、香港、宁波、佛山、南京、芜湖、孝感、威海、泰州、厦门、西安、沈阳、台湾、合肥、潍坊、宁国、株洲、深圳等多地建有实验室;在广州、海南万宁、拉萨、那曲、三沙、漠河、吐鲁番建有不同条件特点的试验站;此外,在全国各省会城市均设有办事处。

咨询业务

客户群体

实验室秉承“科学 公正 服务 价值”的服务理念,凭着专业的技术和优质的服务,在长期为客户提供技术支撑与服务的过程中赢得了广大企业的信赖,同广大客户建立了良好的合作关系。已经成为国内外知名企业的技术服务依托单位,如IBM、日立、西门子、三星、艾默生、美的、华为、中兴、TCL、 创维、大疆、比亚迪、阿里巴巴、腾讯、字节跳动、中信银行、中国移动、清华大学、复旦大学等。每年为超过20000家企业提供服务,每年发出的证书和检测报告超过70万份。