MSD湿度敏感器件的等级划分、标识、处理和储存、包装及其使用要求

第1页共14页湿度敏感器件的等级划分、标识、处理和储存、包装及其使用要求一、本课程的对象所有与物料检测、处理和储存、包装、运输及其使用过程相关的人员。二、目的通过对不同湿度等级的器件采用标准化的处理、包装、运输、储存和使用方法，避免由于吸湿造成在焊接过程中的元器件损坏，从而降低由此造成的产品不良率，提高产品的可靠性。三、参照标准9JEDECJEP113-B(SymbolandLabelsforMoisture-SensitiveDevices)9IPC/JEDECJ-STD-020A(Moisture/ReflowSensitivityClassificationforNonhermeticStateSurfaceMountDevices）9IPC/JEDECJ-STD-020B(…)9IPC/JEDECJ-STD-033A(Handling,Packing,ShippingandUseofMoisture/ReflowSensitiveSurfaceMountDevices)为什么会出现MSD问题(见附件)四、术语和定义3ActiveDesiccant（活性干燥剂）:新鲜的干燥剂，或者根据商家的推荐进行过特定烘烤处理的干燥剂。3BarCodeLabel(条形码标签)：由商家提供的一种标签。主要包括以下产品信息：partnumber(器件编码),quantity（数量）,lotinformation（批次）,supplieridentification（供应商标识）,moisture-sensitivitylevel（湿度敏感等级）。3BulkReflow：对许多器件同时进行回流焊接，焊接工艺包括IR(infrared),convection/IR,convection,VPR(vaporphasereflow)。3Carrier:直接用来盛放器件的容器，如：Tray(托盘)，Tube(管)，TapeandReel(卷带)。3Desiccant（干燥剂）：一种吸湿材料，用来保持低水平的湿度。3FloorLife(裸露寿命)：从防潮袋拿出起，到回流焊接为至，湿度敏感器件在不超过30度和60％RH的工厂环境条件下所允许的昀长的曝露时间。3HumidityIndicatorCard(HIC):上面印有湿度敏感化学剂的卡片。当卡片上面的印制剂由篮变红时，表明相对湿度超出范围。该卡片随干燥剂一起装在湿度敏感器件的袋子里，用来指示器件是否已经达到了所能承受的湿度水平。3Manufacture’sExposureTime(MET):在对器件用袋子密封以前，厂商会对器件进行烘烤，从烘烤完毕开始，到器件被密封为止，器件的的昀大曝露时间。其中包括在物料配送过程中为了采用更小的运输单元或者换干燥剂从而把密封袋拆开来所导致的器件曝露时间。一般默认的允许MET为24小时。3MoistureSensitiveDevice(MSD)：湿度敏感器件。3MoistureBarrierBag(MBB):为了阻止水蒸气传输到器件内部，特意设计的一种包装MSD的袋子。3MoistureSensitiveLevel(MSL):湿度敏感等级3Rework(返工)：为了废料再用或者不良分析，从而把器件拆下来；或者对一个更换过的器件进行焊接；或者对一个已经焊好的器件重新加热并移位。3ShelfLife(密封寿命):MSD在MBB内保存所允许的时间。3SurfaceMountDevice（SMD）:这里仅仅指的是那些塑料封装或者用其他会吸湿的材料封装的表面贴装器件。3SolderReflow(回流焊接)：通过熔化的锡膏或锡来把器件和PCB焊接到一起的过程。3WaterVaporTramissionRate（WVTR）:塑料胶片或刚化塑料胶片材料对湿气的渗透率。五、湿度敏感危害产品可靠性的原理大气中的水分会通过扩散渗透到湿度敏感器件的封装材料内部。当器件经过贴片贴装到PCB上以后，要流到回流焊炉内进行回流焊接。在回流区，整个器件要在183度以上30-90s左右，昀高温度可能在210-235度（SnPb共晶），无铅焊接的峰值会更高，在245度左右。在回流区的高温作用下，器件内部的水分会快速膨胀，器件的不同材料之间的配合会失去调节，各种连接则会产生不良变化，从而导致器件剥离分层或者爆裂，于是器件的电气性能受到影响或者破坏。破坏程度严重者，器件外观变形、出现裂缝等，大多数情况下，肉眼看不出来。其原理可用图（五－1）来描述：y随着温度的升高:Temp100’C，水分蒸发，压力突增，导致剥离剥离很高的压力y回流焊接开始:Temp100’C，器件表面温度渐增，水分慢慢聚集到结合部位y在空气中长时间曝露以后：水分渗透到器件封装材料内图（五－1）湿度敏感危害器件可靠性的原理（五－2）是剥离现象的放大示意图。第2页共14页DelaminationHighppressure剥离剥离导致引线浮起图（五－2）引线剥离示意六、适用范围6.1封装类型!适于所有非气密性(Non-Hermetic)SMD器件。包括塑料封装、其他透水性聚合物封装（环氧、有机硅树脂等）。一般IC、芯片、电解电容、LED等都属于非气密性SMD器件。!气密性SMD器件不属于湿度敏感器件。6.2工艺类型,适于采用Convection、Convecton/IR、IR、VPR的BulkReflow工艺过程。,不适于将整个器件浸在熔态锡里面的BulkReflow工艺过程，如波峰焊。,同时适于通过局部环境加热来拆除或者焊接器件的工艺过程，如“热风返工”。,不适于那些穿孔插入或者Socket固定的器件(SocketedComponents)。,不适于点到点的焊接过程（仅仅加热管脚来焊接）。在这种焊接过程中，整个器件吸收的热量相对来讲要小的多。七、影响MSD湿度敏感等级的因素6Dieattachmaterial/process.6Numberofpins.6Encapsulation(封装)(moldcompoundorglobtop)material/process.6Diepadareaandshape.6Bodysize.6Passivation(钝化)/diecoating.6Leadframe,substrate,and/orheatspreaderdesign/material/finish.6Diesize/thickness.6Waferfabrication(制作、装配)technology/process.6Interconnect.第3页共14页6Leadlocktapingsize/locationaswellasmaterial.八、MSD湿度等级分类8.1MSD是如何分类的厂商会对MSD进行严格试验和测试，昀后确定MSD属于那个湿度等级。其测试流程见图（八－1－1）第4页共14页图（八－1）MSD分类流程8.2MSD湿度等级MSD可分为6大类。对于各种等级的MSD,其首要区别在于FloorLife、体积大小及受此影响的回流焊接表面温度。工程研究显示，经过温度曲线设置相同的焊接炉子时，体积较小的SMD器件达到的温度要比体积的器件的温度高。因此体积偏小的器件会被划分到回流温度较高的一类。虽然采用热风对流回流焊可以减小这种由于封装大小造成的温度差异，但这种温度差异依然存在。这里提到的“体积”为长×宽×高，这些尺寸不包括外部管脚。温度指的是器件上表面的温度。表（八－1）PackagePeakReflowTemperatures表（八－2）湿度敏感等级（MSL）及FloorLife注：如果没有特别注明，Level1昀高回流温度均为220℃。不论哪个等级的器件（Level6除外），其Shelflife不能少于12个月，外部存储环境为＜40℃/90%，大气不能冷凝。Level6的MSD，在使用前必须干燥。干燥以后要在包装袋上注明的时间要求内回流焊接。第5页共14页表（八－3）回流曲线分类图（八－2）回流曲线分类九、MSD标识及湿度指示卡(HIC)第6页共14页鉴于MSD的特殊性，特意为MSD设计了湿度敏感符号、湿度敏感识别标志（MSID）、湿度敏感警示标志，并将这些符号和标志印刷在MBB上，以便进行特殊的包装处理等。有些厂商可能没有严格按照相关标准进行标识，这要视其包装袋的说明来定。3湿度敏感符号，见图（九－1）图（九－1）湿度敏感符号如果有此符号，说明该MSD的湿度等级为Level2～6。3湿度敏感识别标志（MSID）见图（九－2）图（九－2）湿度敏感识别标志（MSID）3湿度敏感警示标志)Level1只有那些被划分为220～225℃以外的Level1MSD才需要此标志。见图（九－3）235℃不是湿度敏感器件图（九－3）Informationlabelforlevel1第7页共14页)Level2～5a湿度敏感等级为Level2、2a、3、4、5、5a的MSD器件，其湿度敏感警示标志见图（九－4）。图（九－4）Level2～5aMSD的湿度敏感警示标志该警示标志必须提供以下信息：湿度敏感等级在密封袋里的昀长密封寿命(Shelflife)器件上表面昀高峰值温度(参见J-STD-020定义)器件在30℃/60%环境下的昀长拆封寿命(FloorLife)(参见J-STD-020定义)标明袋子的密封时间，格式为“MMDDYY”，“YYWW”，或者其他意义相同的格式。也可以用条形码来提供以上信息。)Level6图（九－5）Level6MSD的湿度敏感警示标极其湿度敏感Level6的MSD器件，其湿度敏感警示标志见图（九－5）。第8页共14页该警示标志必须提供以下信息：明确标明“EXTREMELYMOISTURESENSITIVE”(极其湿度敏感)器件上表面昀高峰值温度也可以用条形码来提供以上信息。Level6的MSD器件，不论状况如何，在回流焊接以前必须进行烘烤处理。3湿度指示卡(HIC)在MBB里面会装有一张湿度指示卡(HIC)，用来指示MBB内的湿度状况，借此来判断里面的MSD吸收的水分是否过多。在23±5℃时读取精度昀高。HIC至少要有三个色点，分别代表5％RH，10％RH，15％RH三种湿度值。色点正常为蓝色。典型的HIC例子如图（九－6）所示。如果变红，就要用更长的时间来重新烘烤该器件如果变红，就要重新烘烤该器件如果变红，就要更换干燥机图（九－6）HIC样本三个色点都呈蓝色，说明MBB包装良好，内部的湿度在5％以内，器件可以在规定的时间内回流焊接。如果只有5％变红，而且器件要重新包装，换一包新的活性干燥剂，然后用MBB密封即可。也可以直接回流焊接。如果5％变红，10％又不够篮，15%是蓝色的，参照表（十二－1）决定要不要烘烤，如果要烘烤，则参照（十一－1）进行烘烤。15％变红，说明MBB已经不起作用，器件必须参照表（十一－1）进行烘烤处理。十、MSD的包装要求（DryPacking）DryPacking一般需要以下物品：MBB、干燥剂、HIC.不同等级的MSD其DryPacking要求也不同。见表（十－1）。表（十－1）DryPacking要求在MBB密封以前，Level2a～5a的器件必须进行干燥（除湿）处理。干燥处理的方法一般是采用第9页共14页烘干机进行烘烤。由于盛放器件的料盘，如：Tray盘、Tube、Reel卷带等，和器件一块儿放入MBB时，会影响湿度等级，因此作为补偿，这些料盘也要进行干燥处理。上面提到的干燥方法，具体该如何操作，参见第十一节。十一、干燥方法(Drying)一般采用的干燥方法是在一定的温度下对器件进行一定时间的恒温烘干处理。也可以利用足够多的干燥剂来对器件进行干燥除湿。根据器件的湿度敏感等级、大小和周围环境湿度状况，不同的MSD的烘干过程也各不相同。按照要求对器件干燥处理以后，MSD的ShelfLife和FloorLife可以从零开始计算。当MSD曝露时间超过FloorLife，或者其他情况导致MSD周围的温度/湿度超出要求以后，其烘干方法可参照表（十一－1）