MSD潮湿敏感器件防护培训精讲

MSD潮湿敏感器件防护培训引言随着电子技术的不断发展，人们对电子产品的可靠性越来越关注，这同样促使制造厂商对潮湿敏感器件（moisture-sensitivedevices，简称MSD）的关注程度不断上升。在以往的电子组装过程中，这些可能都不是问题。但是随着元器件朝着小型化和廉价化方向的发展，塑料封装已经成为了常规做法。这时，确保潮湿气体不会进入器件内部就非常重要。因为潮湿气体会对MSD产生影响,造成产品进行返修甚至要废弃该组装件。更为重要的是那些看不见的、潜在的缺陷，这些有可能对产品的可靠性造成严重的威胁。相对于十几年的ESD有关的问题，企业普遍都对潮湿问题缺乏理解和控制，它不仅是制造问题，更重要的是设计选型的问题。随着塑料封装的普及，塑料封装所引起的MSD失效率已经越来越突出，该问题已经成为塑料封装三大问题之一，再加上芯片集成度越来越高，特征尺寸越来越小，每一年半就翻一翻，集成电路功率越来越高，IC封装成本已经成为微电子发展的瓶颈。在封装成本的压力下，封装材料及引线等技术在不断变化。以上挑战造成MSD问题越来越突出,已经成为影响产品可靠性重要因素之一。MSD潮湿敏感器件防护培训一MSD潮湿敏感器件的基础知识二MSD潮湿敏感器件产生的危害三MSD失效器件的干燥方法四MSD潮湿敏感器件的管理五案列一.MSD潮湿敏感器件的基础知识1潮湿敏感元件2MSD国际标准3湿敏元件等级划分4湿敏元件包装信息1.潮湿敏感元件利用湿敏材料对水分子的吸附能力，由其产生的物理效应来实现器件功能或对器件性能产生影响的元件,称为湿敏元件（Moisture-SensitiveDevices），简称MSD。目前厂内主要有部分电子元器件。1MSD主要指非气密性(Non-Hermetic)SMT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SMT器件。1.12MSD国际标准为确保潮湿气体不进入器件中，美国电子工联合会(IPC)和电子元件焊接工程协会(JEDEC)之间共同研究和发布了IPC-M-109，潮湿敏感性元件标准和指导。IPC-M-109包括了七个文件，其中关于潮湿敏感防护的有三个，分别是：IPC/JEDECJ-STD-020塑料集成电路（IC）SMD的潮湿/回流敏感性分类。该文件的作用是帮助制造商确定元器件的潮湿敏感等级。2IPC/JEDECJ-STD-033潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运、和使用标准。2.1IPC-9503非IC元件的潮湿敏感性分类。该文件的作用是帮助制造商确定非IC类元件的电子器件对潮湿的敏感性和防护要求。33湿敏元件等级划分湿敏元件等级(MSL)基本上可以划分为8个等级。防潮等级标志拆封后的有效时间Level1不受限at≤30℃/60%RHLevel21年at≤30℃/60%RHLevel2a4周at≤30℃/60%RHLevel37天(168小时)at≤30℃/60%RHLevel43天(72小时)at≤30℃/60%RHLevel52天(48小时)at≤30℃/60%RHLevel5a1天(24小时)at≤30℃/60%RHLevel6极端湿敏元件,使用前必须烘烤,且烘烤后必须在标签规定时间内进回流焊接表14注：a建于两级之间；Level1不作湿敏控制54湿敏元件包装信息所有湿敏元件都应封装在防潮的包装袋中,6在包装袋上必须有湿敏警示标志（如图1）和湿敏元件标签。（如图2）图1从湿敏元件标签上，可以得到以下信息：第1点计算在密封包装袋中的时间是否超过12个月，下面的BagSealDate就是密封包装的日期，如（图2）BagSealDate：09/03/31第2点元件本体允许承受的最高温度，如（图2）：Peakpackagebodytemperature：260℃303/31/09260℃16848hours125±5℃图2第3点Floorlife时间(Mounted/usedwithin):就是在规定温度/湿度的环境中，可以暴露的有效使用时间，与右上角Level“3”相对应。第4点当在23度正负5度温度下，读湿度指示卡显示大于10%，器件在表面贴焊之前，需要烘烤。如（本例）。第5点烘烤时间与温度如（本例）：48hours小时、125℃±5℃。7二MSD潮湿敏感器件产生的危害1.潮湿敏感元件产生危害的因素2.潮湿敏感元件产生危害的原理3.潮湿敏感元件危害的表现形式1.潮湿敏感元件产生危害的因素潮敏失效是塑料封装表贴器件在高温焊接工艺中表现出来的特殊的失效现象。造成此类问题的原因是器件内部的潮气膨胀后使得芯片发生损坏。8封装的膨胀程度取决于下列因素：塑料组成成分、实际吸收湿气的数量、温度、加热速度以及塑料的厚度，当由此引起的压力超过塑料化合物的弯曲强度时，封装就可能会裂开，或至少在界面间产生分层。92.潮湿敏感元件产生危害的原理在MSD暴露在大气中的过程中，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，最高温度可能在210-235度。(无铅焊接的峰值会更高，在245度左右）10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。像ESD破坏一样，大多数情况下，肉眼是看不出来这些变化的，而且在测试过程中，MSD也不会表现为完全失效。113.潮湿敏感元件危害的表现形式在回流焊过程中，元件将经历一个温度迅速变化的过程，其内部如果吸收有湿气就会转变为过热蒸汽，蒸气压的突变将导致封装发生膨胀。其表现形式主要有以下几点：组件在晶芯处产生裂缝。12IC集成电路及其它元器件在存放时内部氧化短路。引线被拉细甚至破裂。回流焊接期间器件内部产生脱层。塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)12.1线捆接损伤、芯片损伤最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂12.213三MSD失效器件的干燥方法141烘烤条件2烘烤流程及记录3烘烤方法4注意事项1烘烤条件在打开湿敏元件的包装袋时，马上检查湿敏指示卡（如下图3），指示卡的颜色变“BAKEUNITSIFPINK”位置时，需要烘烤。烘烤时间和条件查看湿敏元件标签。高温烘烤应确保装材料经得起125℃的高温。卷带封装和管状封装的料应酌情选择中温或低温烘烤。51015湿敏指示卡：1、干燥时颜色呈淡兰色（如左图）2、受潮时即会从5%-10%-15%慢慢变成粉红色（如右图）（图3）湿度指示卡（干燥状态下）湿度指示卡（受潮状态下）2烘烤流程及记录方法(1)烘烤流程见右图15失效的湿敏器件元件的包装材料是否经得起125℃高温高温烘烤元件是否要立即使用放入干燥器保存中温或低温烘烤真空包装返回仓库YESYESNONO附图4(2)元件放入烘箱时，将右面的标签贴在元件封装材料上并按要求在标签做好烘烤记录。以便控制好烘烤时间与次数。163烘烤方法MSD烘烤按照以下方法进行：先查看物料原包装上的湿敏标签上有无对烘烤温度及时间定义的，如有请按标签操作。原包装上如无任何资料，请按（表2）要求的温度、时间操作。烘烤时，必须使用充氮气或抽真空烤箱。如果元件高温烘烤的，则时间累积不能超过48小时,超过48小时需烘烤的需选用低温烘烤,以避免元件氧化。冷却后将元件放入干燥器或其它有真空条件的容器中。若不立即使用则真空封装后返回仓库。17器件封装规格防潮等级PackageBodyLevel时间＞72h时间≤72h时间＞72h时间≤72h时间＞72h时间≤72h25小时3小时17小时11小时8天5天2a7小时5小时23小时13小时9天7天39小时7小时33小时23小时13天9天411小时7小时37小时23小时15天9天512小时7小时41小时24小时17天10天5a16小时10小时54小时24小时22天10天温度90℃、湿度≤5%RH拆封后有效时间拆封后有效时间厚度(Thickness)≤1.4mm烘烤时间与元件厚度对照表烘烤条件温度40℃、湿度≤5%RH拆封后有效时间烘烤条件温度125℃烘烤条件218小时15小时63小时2天25天20天2a21小时16小时3天2天29天22天327小时17小时4天2天37天23天434小时20小时5天3天47天28天540小时25小时6天4天57天35天5a48小时40小时8天6天79天56天248小时48小时10天7天79天67天2a48小时48小时10天7天79天67天348小时48小时10天8天79天67天448小时48小时10天10天79天67天548小时48小时10天10天79天67天5a48小时48小时10天10天79天67天包装大于17*17或者封采用叠层封装的元器件BAGPackage＞17mm×17mmoranystackeddiepackage2-696小时参照上述具体封装厚度和防潮等级不适用参照上述具体封装厚度和防潮等级不适用参照上述具体封装厚度和防潮等级表218厚度(Thickness)＞1.4mm≤2.0mm厚度(Thickness)＞2.0mm≤4.5mm4注意事项烘烤时也要注意以下几点，以免在烘烤时出现意外情况。一般装在高温料盘里面的器件都可以在125℃温度下进行烘烤，除非厂商特殊注明了温度。装在低温料盘内的器件其烘烤温度不能高于40℃，否则料盘会受到高温损坏。烘烤时注意ESD（静电敏感）保护，尤其烘烤以后，环境特别干燥，最容易产生静电。19烘烤时务必控制好温度和时间。如果温度过高，或时间过长，很容易使器件氧化，或者在器件内部接连处产生金属间化合物，从而影响器件的焊接性。烘烤期间，注意不能导致料盘释放出不明气体，否则会影响器件的焊接性。在125℃高温烘烤以前要把纸/塑料袋/盒拿掉。烘烤期间一定要作好烘烤记录，以便控制好烘烤时间。19.1四MSD潮湿敏感器件的管理19.21.进货及库存管理2.生产管理3.MSD器件存储流程1.进货及库存管理1.1进货检验1.2库存管理1.1进货检验湿敏元器件进货控制基本按照以下方式进行。检查原包装是否用湿敏包装袋，密封是否完好，密封时间是否小于12个月。若不符合前一项，应判退进入MRB（评审）区域,由相关人员判定是否RTV（退货），或者进行厂内自行处理的方法。20在IQC检验时,不建议打开湿敏元件的包装袋。如果有需要打开包装袋,则必须在30分钟以内重新封装,并贴上湿敏元件控制专用标签进行标签跟踪填写。标签见图6：21MSD开封管控标签项目次数开封时间(D/H)封装时间(D/H)剩余露置时间签名MSL:第1次(3)168H第2次(4)72H第3次(5)24H第4次(6)上线前第5次必须烘烤1.2库存管理潮敏元件的物料控制按以下方式进行管理储存湿敏元件时,应保证其用湿敏包装方式密封保存。湿敏元件一旦被打开,应检查其湿度指示卡,若HIC指示超过10%,这批料应进行烘烤。22每打开一个原封装，必须记录打开封装时间、失效时间。如果湿敏元件分几次发到生产线对于剩下的元件需在30分钟以内重新封装(必须使用防潮防静电的封装袋)，同时放入有效的干燥剂和湿度指示卡(若原有的有效,可以继续使用)，并贴上和填写湿敏元件控制专用标签。如果该元件不能封装，则放入烘干器中，记录放入时间，烘干器控制湿度控制在10%RH以下。如果元器件已超出温湿管制，通知元器件工程师确认决定是否烘烤。库存湿敏器件必须按防潮等级，分列放置在货架上，按使用有效期先进先用，后进后用，拆封烘烤过的干燥箱中先用。库房环境温度23℃±5℃，相对湿度30%～60%RH。2.生产管理2.1生产线管理2.2返工/返修管理2.3干燥包装2.1生产线管理潮敏元件生产线管理要严格遵行以下原则:检查元件原包装是否用湿敏包装袋密封，有无破损、漏气，如不完