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潮湿敏感元件

发布时间:2018-08-13 18:08编辑:采集侠浏览(88)

    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。