关于潮湿敏感元件的介绍和控制方法-质量杂谈-QPDCA质量论坛

发表于 2012-12-12 10:59:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 gaoshengxian 于 2012-12-12 11:05 编辑

潮湿敏感性元件的主题是相当麻烦但很重要的 - 并且经常被误解的。由于潮湿敏感性元件使用的增加，诸如薄的密间距元件(fine-pitch device)和球栅阵列(BGA, ball grid array)，使得对这个失效机制的关注也增加了。当元件暴露在回流焊接期间升高的温度环境下，陷于塑料的表面贴装元件(SMD, surface mount device)内部的潮湿会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件。常见的失效模式包括塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)、线捆接损伤、芯片损伤、和不会延伸到元件表面的内部裂纹等。在一一些极端的情况中，裂纹会延伸到元件的表面；最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂(叫做“爆米花”效益)。

　　IPC - 美国电子工业联合会制订和发布了 IPC-M-109, 潮湿敏感性元件标准和指引手册。它包括以下七个文件：

IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类
IPC/JEDEC J-STD-033 潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准
IPC/JEDEC J-STD-035 非气密性封装元件的声学显微镜检查方法
IPC-9501 用于评估电子元件(预处理的IC元件)的印刷线路板(PWB, printed wiring board)的装配工艺过程的模拟方法
IPC-9502 电子元件的PWB装配焊接工艺指南
IPC-9503 非IC元件的潮湿敏感性分类
IPC-9504 评估非IC元件(预处理的非IC元件)的装配工艺过程模拟方法

　　原来的潮湿敏感性元件的文件，IPC-SM-786, 潮湿/回流敏感性IC的检定与处理程序，不再使用了。

　　IPC/JEDEC J-STD-020 定义了潮湿敏感性元件，即由潮湿可透材料诸如塑料所制造的非气密性包装的分类程序。该程序包括暴露在回流焊接温度接着详细的视觉检查、扫描声学显微图象、截面和电气测试等。

　　测试结果是基于元件的体温，因为塑料模是主要的关注。`标准的回流温度是220°C+5°C/-0°C，但是回流试验发现，当这个温度设定为大量元件的电路板的时候，小量元件可达到235°C。如果可能出现更高的温度，比如可能出现小量与大量元件的情况，那么推荐用235°C的回流温度来作评估。可使用对流为主、红外为主或汽相回流设备，只要它可达到按照 J-STD-020 的所希望的回流温度曲线。

　　下面列出了八种潮湿分级和车间寿命(floor life)。有关保温时间标准的详情，请参阅 J-STD-020。

1 级 - 小于或等于30°C/85% RH 无限车间寿命
2 级 - 小于或等于30°C/60% RH 一年车间寿命
2a 级 - 小于或等于30°C/60% RH 四周车间寿命
3 级 - 小于或等于30°C/60% RH 168小时车间寿命
4 级 - 小于或等于30°C/60% RH 72小时车间寿命
5 级 - 小于或等于30°C/60% RH 48小时车间寿命
5a 级 - 小于或等于30°C/60% RH 24小时车间寿命
6 级 - 小于或等于30°C/60% RH 72小时车间寿命 (对于6级，元件使用之前必须经过烘焙，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流。)

　　增重(weight-gain)分析(参阅J-STD-020)确定一个估计的车间寿命，而失重(weight-loss)分析确定需要用来去掉过多元件潮湿的烘焙时间。J-STD-033提供有关烘焙温度与时间的详细资料。

　　IPC/JEDEC J-STD-033提供处理、包装、装运和烘焙潮湿敏感性元件的推荐方法。重点是在包装和防止潮湿吸收上面 - 烘焙或去湿应该是过多暴露发生之后使用的最终办法。

　　干燥包装涉及将潮湿敏感性元件与去湿剂、湿度指示卡和潮湿敏感注意标贴一起密封在防潮袋内。标贴含有有关特定温度与湿度范围内的货架寿命、包装体的峰值温度(220°C或235°C)、开袋之后的暴露时间、关于何时要求烘焙的详细情况、烘焙程序、以及袋的密封日期。

　　1 级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是不要求的，除非元件分类到235°C的回流温度。

　　2 级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。

　　2a ~ 5a 级。装袋之前干燥是要求的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。

　　6 级。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是要求的。

　　元件干燥使用去湿或烘焙两种方法之一。室温去湿，可用于那些暴露在30°C/85% RH 条件下少于8小时的元件，使用标准的干燥包装方法或者一个可以维持25°C±5°C、湿度低于10%RH的干燥箱。

　　烘焙比许多人所了解的要更复杂一点。对基于级别和包装厚度的干燥前与后的包装，有一些烘焙的推荐方法。预烘焙用于干燥包装的元件准备，而后烘焙用于在车间寿命过后重新恢复元件。请查阅并跟随J-STD-033中推荐的烘焙时间/温度。烘焙温度可能通过氧化引脚或引起过多的金属间增生(intermetallic growth)而降低引脚的可焊接性。不要将元件存储在烘焙温度下的炉子内。记住，高温托盘可以在125°C之下烘焙，而低温托盘不能高于40°C。

　　IPC的干燥包装之前的预烘焙推荐是：

　　包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围8~28小时，或150°C烘焙4~14小时。

　　包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围23~48小时，或150°C烘焙11~24小时。

　　包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围48小时，或150°C烘焙24小时。
　　IPC的车间寿命过期之后的后烘焙推荐是：

　　包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围4~14小时，或40°C烘焙5~9天。
　　包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围18~48小时，或40°C烘焙21~68天。
　　包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a ~5a 级别，125°C的烘焙时间范围48小时，或40°C烘焙67或68天。

　　通过了解IPC-M-109，潮湿敏感性元件标准与指引手册，可避免有关潮湿敏感性的问题。

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