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來源：立泰電子 時間：2022/9/20 11:18:30 瀏覽：494
■潮濕敏感型元件定義
潮濕敏感型元件：簡稱為濕敏元件，英文簡稱MSD(moisture-sensitive device)，即指易受環(huán)境溫濕度及靜電影響的一類電子元器件。
■控制濕敏元件的必要性
大氣中的水分會通過擴散滲透到濕度敏感元件的封裝材料內(nèi)部。當(dāng)元件貼裝到PCB上以后，需要進行回流焊接。在回流區(qū)，整個元件要在183度以上烘烤30-90s左右，最高溫度可能在210-235度（Sn-Pb共晶），無鉛焊接的峰值會更高，在245度左右。在回流區(qū)的高溫作用下，元件內(nèi)部的水分會快速膨脹，元件的不同材料之間的配合會失去調(diào)節(jié)，各種連接則會產(chǎn)生不良變化，從而導(dǎo)致元件剝離分層或者爆裂，于是元件的電氣性能受到影響或者破壞。破壞程度嚴重者，器件外觀變形、界面裂縫、更甚至出現(xiàn)“爆米花”現(xiàn)象等，但大多數(shù)情況下，肉眼看不出來，比如封裝內(nèi)部分層、焊接脫落、焊線腐蝕等。
■濕敏元件受潮濕破壞原理
①在空氣中長時間曝露以后：水分會滲透到器件封裝材料內(nèi)
②回流焊接開始：Temp ＜ 100℃，器件表面溫度漸增，水分慢慢聚集到結(jié)合部位
③隨著溫度的升高：Temp ＞ 100℃， 水分蒸發(fā)， 壓力突增， 導(dǎo)致剝離分層
■濕敏元件的控制適用范圍
①封裝類型
A、適于所有非氣密性(Non-Hermetic)SMD器件。包括塑料封裝、其他透水性聚合物封裝（環(huán)氧、有機硅樹脂等）。一般IC、芯片、電解電容、LED等都屬于非氣密性SMD器件。
B、氣密性SMD器件不屬于濕度敏感器件。
②工藝類型
A、適于采用IR(infrared)、Convection/IR、Convection、VPR(vapor phase reflow)的Bulk Reflow（對許多器件同時進行回流焊接）工藝過程；
B、不適于將整個器件浸在熔態(tài)錫里面的Bulk Reflow工藝過程，如波峰焊；
C、同時適于通過局部環(huán)境加熱來拆除或者焊接器件的工藝過程，如“熱風(fēng)返工”；
D、不適于那些穿孔插入或者Socket固定的器件(Socketed Components)；
E、不適于點到點的焊接過程（僅僅加熱管腳來焊接）。在這種焊接過程中，整個器件吸收的熱量相對來講要小的多。
■濕敏元件等級測試流程
首先執(zhí)行「初始電性測試」、「外觀檢查」、與「分層檢查」，確認待測物初始狀況（是否有脫層Delamination、裂痕Crack等），做為實驗后的數(shù)據(jù)比對。接著執(zhí)行125℃「烘烤」24小時、再執(zhí)行「吸濕」與「回焊Reflow」試驗。進行Reflow時，須特別小心是否會有爆米花效應(yīng)（爆裂）。
1、初始電性測試 5、3次回流焊試驗
2、初始外觀檢查 6、最終外觀檢驗
3、初始分層檢查 7、最終分層檢驗
4、烘烤/吸濕 8、最終電性測試
■濕敏元件等級劃分及測試標準
1、等級劃分及吸濕要求
MSL等級 | 車間壽命 | 吸濕要求 | ||||
標準 | 加速 | |||||
時間 | 條件 | 時間(H) | 條件 | 時間(H) | 條件 | |
1 | 不限 | ≤30℃/85%RH | 168 | 85℃/85%RH | 無 | 無 |
2 | 1年 | ≤30℃/60%RH | 168 | 85℃/60%RH | 無 | 無 |
2a | 4周 | ≤30℃/60%RH | 696 | 30℃/60%RH | 120 | 60℃/60%RH |
3 | 168小時 | ≤30℃/60%RH | 192 | 30℃/60%RH | 40 | 60℃/60%RH |
4 | 72小時 | ≤30℃/60%RH | 96 | 30℃/60%RH | 20 | 60℃/60%RH |
5 | 48小時 | ≤30℃/60%RH | 72 | 30℃/60%RH | 15 | 60℃/60%RH |
5a | 24小時 | ≤30℃/60%RH | 48 | 30℃/60%RH | 10 | 60℃/60%RH |
6 | 標簽時間 | ≤30℃/60%RH | 標簽時間 | 30℃/60%RH | 無 | 無 |
備注 | ①所有塑封SMD器件都應(yīng)有濕敏等級； ②無防潮等級標識的需按2a級防潮措施處理； ③濕敏等級6的元件使用前必須烘烤，且在潮濕警示標簽上要求的時間內(nèi)完成回流焊； ④車間壽命：從將元件取出防潮袋到干燥儲存或烘干再到回流焊所允許的時間段。 ⑤不論哪個等級的元件（等級6除外），其密封干燥保存的壽命不能少于12個月，外部存儲環(huán)境為＜40℃/90%RH，大氣不能冷凝； ⑥等級2a-5a的吸濕時間有如下規(guī)定。按烘烤后暴露時間24小時限，若暴露小于24小時，則吸濕時間減少，標準條件下小于24小時的每1小時減少1小時，加速條件下小于24小時的每5小時減少1小時；若暴露大于24小時，則吸濕時間增加，標準條件下大于24小時的每1小時增加1小時，加速條件下大于24小時的每5小時增加1小時； ⑦加速吸濕要求的使用必須是在和標準吸濕要求建立對應(yīng)的損傷響應(yīng)的相關(guān)性（包括電氣）或者已知的擴散活化能為0.4-0.48eV才能使用。因為加速吸濕時間可能因材料特性（例如模塑料、密封劑等）而有所不同。擴散活化能確定方法參考JEDEC 文件 JESD22-A120。 | |||||
2、回流焊曲線分類
Profile Feature | Sn-Pb Eutectic Assembly | Pb-Free Assembly | ||
Large Body | Small Body | Large Body | Small Body | |
Average ramp-up rate (TL to TP) | 3℃/second max. | 3℃/second max. | ||
Preheat -Temperature Min (Tsmin) -Temperature Max (Tsmax) -Time (min to max) (ts) |
100℃ 150℃ 60-120 seconds |
150℃ 200℃ 60-180 seconds | ||
Tsmax to TL -Ramp-up Rate | 3℃/second max | |||
Time maintained above： -Temperature (TL) -Time (tL) |
183℃ 60-150 seconds |
217℃ 60-150 seconds | ||
Peak Temperature (TP) | 225 +0/-5℃ | 240 +0/-5℃ | 245 +0/-5℃ | 250 +0/-5℃ |
Time within 5℃ of actual Peak Temperature (tP) | 10-30 seconds | 10-30 seconds | 10-30 seconds | 20-40 seconds |
Ramp-down Rate | 6℃/second max. | 6℃/second max. | ||
Time 25℃ to Peak Temperature | 6 minutes max. | 8 minutes max. | ||
■濕敏元件的包裝要求
等級 | 包裝袋 | 干燥材料 | 濕度標識卡（HIC） | 警告標識 |
1 | 可選 | 可選 | 可選 | 可選 |
2 | 要求 | 要求 | 要求 | 要求 |
2a-5a | MBB要求 | 要求 | 要求 | 要求 |
6 | MBB要求 | 要求 | 要求 | 要求 |
MBB：Moisture Barrier Bag，即防潮包裝袋，該包裝袋同時要具備ESD保護功能；
干燥材料：必須滿足MIL-D-3464 Class II標準的干燥材料；
HIC：Humidity Indicator Card，即防潮包裝袋內(nèi)的滿足MIL-I-8835、MIL-P-116,Method II等標準要求的濕度指示卡。HIC指示包裝袋內(nèi)的潮濕程度（一般HIC上有至少有3點色圈，分別代表不同的相對濕度值，例如下圖為環(huán)保6點色圈濕度指示卡，各色圈內(nèi)原色為棕色，當(dāng)某色圈內(nèi)顏色由棕色變?yōu)?/span>天藍色時，表明袋內(nèi)已達到或超過該色圈對應(yīng)的相對濕度）；如果濕度指示卡指示袋內(nèi)濕度已達到或超過需要烘烤的濕度界限（如果廠家未提供濕度界限值，一般按20%RH進行要求），需要對器件進行烘烤后再過回流焊。
干燥 | 受潮 |
|  |
備注：不同的HIC指示卡，顏色會有所不同，具體按HIC指示卡上的說明判定。 | |
警告標簽：Caution Label，即防潮包裝袋外含潮濕敏感標簽符號、潮濕敏感等級、存儲條件和拆封后最長存放時間、受潮后烘烤條件及包裝袋本身密封日期等信息的標簽，如圖
■濕敏元件的存儲要求
倉庫存儲（標準溫濕度情況下）濕敏元件，存儲須滿足以下兩條之一：
①、保持在有干燥材料的MBB密封包裝（真空或充氮氣包裝）狀態(tài)下存儲；
②、存儲在干燥柜內(nèi)。
備注：
*MSD元件必須在使用或配料時才能打開包裝取出物料。8小時內(nèi)剩余的物料需連同HIC及干燥材料進行真空密封或放置于干燥柜內(nèi)；
*對于2級及以上的MSD元件，真空包裝拆包后，若不生產(chǎn)應(yīng)立即存放于干燥柜內(nèi)，干燥柜濕度需小于10%RH，或加入干燥材料抽取真空。若暴露時間超過使用壽命，必須進行烘烤。
■拆包后的存儲時間
等級 | 標準 | 降額1 | 降額2 |
1 | 無限制，≤85%RH | 無限制，≤85%RH | 無限制，≤85%RH |
2 | 一年，≤30℃/60%RH | 半年，≤30℃/70%RH | 3月，≤30℃/85%RH |
2a | 四周，≤30℃/60%RH | 10天，≤30℃/70%RH | 7天，≤30℃/85%RH |
3 | 一周，≤30℃/60%RH | 72小時，≤30℃/70%RH | 36小時，≤30℃/85%RH |
4 | 72小時，≤30℃/60%RH | 36小時，≤30℃/70%RH | 18小時，≤30℃/85%RH |
5 | 48小時，≤30℃/60%RH | 24小時，≤30℃/70%RH | 12小時，≤30℃/85%RH |
5a | 24小時，≤30℃/60%RH | 12小時，≤30℃/70%RH | 8小時，≤30℃/85%RH |
6 | 使用前烘烤，烘烤后最大 存放時間按警告標簽要求 | 使用前烘烤，烘烤后在≤ 30t/70%RH條件下3小時 內(nèi)完成回流焊 | 使用前烘烤，烘烤后在≤ 30℃/85%RH條件下2小時 內(nèi)完成回流焊 |
備注：在高于85%RH的環(huán)境條件下，若暴露時間大于2小時，則所有2級以上（包括2級）的濕敏元件必須烘烤再進行回流焊。
■干燥柜存儲要求
根據(jù)IPC/JEDEC J-STD-033B要求，存放于干燥柜內(nèi)元件需按照下表要求進行時間管理，不可無限存放。
干燥柜MSD元件儲存標準（天） | ||||
潮濕等級 | 5% | 10% | 20% | 溫度 |
2a | - | - | 124 | 30℃ |
- | - | 167 | 25℃ | |
- | - | 231 | 20℃ | |
3 | - | - | 10 | 30℃ |
- | - | 13 | 25℃ | |
- | - | 17 | 20℃ | |
4 | - | 5 | 4 | 30℃ |
- | 6 | 5 | 25℃ | |
- | 8 | 7 | 20℃ | |
5 | - | 4 | 3 | 30℃ |
- | 5 | 5 | 25℃ | |
- | 7 | 7 | 20℃ | |
5a | - | 2 | 1 | 30℃ |
- | 3 | 2 | 25℃ | |
- | 5 | 4 | 20℃ | |
■濕敏元件的烘烤要求
1、MSD元件車間壽命超出要求以后進行烘烤的參考數(shù)據(jù)（烘烤以后：車間壽命從零開始計）
烘烤條件 | 125℃ | 90℃/≤5%RH | 40℃/≤5%RH | |||||
元件 厚度 | 等級 | 超出 ＞72小時 | 超出 ≤72小時 | 超出 ＞72小時 | 超出 ≤72小時 | 超出 ＞72小時 | 超出 ≤72小時 | |
≤1.4mm | 2 | 5小時 | 3小時 | 17小時 | 11小時 | 8天 | 5天 | |
2a | 7小時 | 5小時 | 23小時 | 13小時 | 9天 | 7天 | ||
3 | 9小時 | 7小時 | 33小時 | 23小時 | 13天 | 9天 | ||
4 | 11小時 | 7小時 | 37小時 | 23小時 | 15天 | 9天 | ||
5 | 12小時 | 7小時 | 41小時 | 24小時 | 17天 | 10天 | ||
5a | 16小時 | 10小時 | 54小時 | 24小時 | 22天 | 10天 | ||
＞1.4mm≤2.0mm | 2 | 18小時 | 15小時 | 63小時 | 2天 | 25天 | 20天 | |
2a | 21小時 | 16小時 | 3天 | 2天 | 29天 | 22天 | ||
3 | 27小時 | 17小時 | 4天 | 2天 | 37天 | 23天 | ||
4 | 34小時 | 20小時 | 5天 | 3天 | 47天 | 28天 | ||
5 | 40小時 | 25小時 | 6天 | 4天 | 57天 | 35天 | ||
5a | 48小時 | 40小時 | 8天 | 6天 | 79天 | 56天 | ||
＞2.0mm≤4.5mm | 2 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 7天 | 79天 | 67天 | |
2a | 48小時 | 48小時 | 10天 | 7天 | 79天 | 67天 | ||
3 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 8天 | 79天 | 67天 | ||
4 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 10天 | 79天 | 67天 | ||
5 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 10天 | 79天 | 67天 | ||
5a | 48小時 | 48小時 | 10天 | 10天 | 79天 | 67天 | ||
回常溫時間 | 2小時 | 1小時 | 30分鐘 | |||||
2、需要再次密封保存的MSD元件烘烤的參考數(shù)據(jù)（烘烤后必須在24小時內(nèi)完成密封儲存，相對環(huán)境濕度控制≤60%RH）
元件厚度 | 等級 | 125℃ | 150℃ |
≤1.4mm | 2 | 7小時 | 3小時 |
2a | 8小時 | 4小時 | |
3 | 16小時 | 8小時 | |
4 | 21小時 | 10小時 | |
5 | 24小時 | 12小時 | |
5a | 28小時 | 14小時 | |
＞1.4mm ≤2.0mm | 2 | 18小時 | 9小時 |
2a | 23小時 | 11小時 | |
3 | 43小時 | 21小時 | |
4 | 48小時 | 24小時 | |
5 | 48小時 | 24小時 | |
5a | 48小時 | 24小時 | |
＞2.0mm ≤4.5mm | 2 | 48小時 | 24小時 |
2a | 48小時 | 24小時 | |
3 | 48小時 | 24小時 | |
4 | 48小時 | 24小時 | |
5 | 48小時 | 24小時 | |
5a | 48小時 | 24小時 |
■參照標準
JEDEC JEP113-B (Symbol and Labels for Moisture-Sensitive Devices)
IPC/JEDEC J-STD-020A (Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic State Surface Mount Devices）
IPC/JEDEC J-STD-020B (…)
IPC/JEDEC J-STD-033A (Handling, Packing,Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices)
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