潮濕敏感性元件的主題是相當麻煩但很重要的一並且經常被誤解的。 由於潮濕敏感性元件使用的
增加,諸如薄的密間距元件( fine-pitch device )和球柵陣列 ( BGA , ball grid array ) ,使得對這個
失效機制的關注也增加了。 當元件暴露在回流焊接期間升高的溫度環境下,陷於塑料的表面貼裝元
件( SMD ,Surface mount device )內部的潮濕會產生足夠的蒸汽壓力損傷或毀壞元件。
常見的失效模式包括塑料從芯片或引腳框上的內部分離(脫層)、線捆接損傷、芯片損傷、 和
不會延伸到元件表面的內部裂紋等。 在一一些極端的情況中, 裂紋會延伸到元件的表面; 最嚴重
的情況就是元件鼓脹和爆裂 (叫做 “爆米花”效益) 。
IPC -- 美國電子工業聯合會制訂和發布了 IPC-M-109 ,潮濕敏感性元件標准和指引手冊。它包括以
下七個文件:
IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成電路( IC ) SMD 的潮濕 / 回流敏感性分類
IPC/JEDEC J-STD-033 潮濕 / 回流敏感性 SMD 的處理、包裝、裝運和使用標准
IPC/JEDEC J-STD-035 非氣密性封裝元件的聲學顯微鏡檢查方法
IPC-9501 用於評估電子元件 (預處理的 IC 元件) 的印刷線路板( PWB , printed wiring board )
的裝配工藝過程的模擬方法
IPC-9502 電子元件的 PWB 裝配焊接工藝指南
IPC-9503 非 IC 元件的潮濕敏感性分類
IPC-9504 評估非 IC 元件(預處理的非 IC 元件)的裝配工藝過程模擬方法原來的潮濕敏感性元件的
文件: IPC-SM-786 ,潮濕 / 回流敏感性 IC 的檢定與處理程序,不再使用了。
IPC/JEDEC J-STD-020 定義了潮濕敏感性元件, 即由潮濕可透材料諸如塑料所制造的非氣密性包裝
的分類程序。 該程序包括暴露在回流焊接溫度接着詳細的視覺檢查、掃描聲學顯微圖象、截面和電氣
測試等。
測試結果是基於元件的體溫, 因為塑料模是主要的關注。 標准的回流溫度是220 ℃ +5 ℃/-0 ℃,
但是回流試驗發現, 當這個溫度設定為大量元件的電路板的時候,小量元件可達到 235 ℃。如果可
能出現更高的溫度,比如可能出現小量與大量元件的情況,那么推薦用 235 ℃的回流溫度來作評估。
可使用對流為主、紅外為主或汽相回流設備, 只要它可達到按照 J-STD-020 的所希望的回流溫度曲
線。
下面列出了八種潮濕分級和車間壽命 (floor life ) 。 有關保溫時間標准的詳情,
請參閱 J-STD-020 。
1 級 - 小於或等於 30℃/85 % RH 無限車間壽命
2 級 - 小於或等於 30℃/60 % RH 一年車間壽命
2a 級- 小於或等於 30℃/60 % RH 四周車間壽命
3 級 - 小於或等於 30℃/60 % RH 168 小時車間壽命
4 級 - 小於或等於 30℃/60 % RH 72 小時車間壽命
5 級 - 小於或等於 30℃/60 % RH 48 小時車間壽命
5a 級- 小於或等於 30℃/60 % RH 24 小時車間壽命
6 級 - 小於或等於 30℃/60 % RH 72 小時車間壽命(對於 6 級,元件使用之前必須經過烘焙, 並且
必須在潮濕敏感注意標貼上所規定的時間限定內回流。)
增重( weight-gain )分析(參閱 J-STD-020 )確定一個估計的車間壽命,而失重( weight-1055 )
分析確定需要用來去掉過多元件潮濕的烘焙時間。J-STD-033 提供有關烘焙溫度與時間的詳細資料。
IPC/JEDEC J-STD-033 提供處理、包裝、裝運和烘焙潮濕敏感性元件的推薦方法。 重點是在包裝和
防止潮濕吸收上面 --- 烘焙或去濕應該是過多暴露發生之后使用的最終辦法。
干燥包裝涉及將潮濕敏感性元件與去濕劑、 濕度指示卡和潮濕敏感注意標貼一起密封在防潮袋內。
標貼含有有關特定溫度與濕度范圍內的貨架壽命、 包裝體的峰值溫度( 220 ℃或 235 ℃ )、開袋
之后的暴露時間、關於何時要求烘焙的詳細情況、烘焙程序、以及袋的密封日期。
1 級。裝袋之前干燥是可選的,裝袋與去濕劑是可選的、標貼是不要求的,除非元件分類到 235 ℃ 的
回流溫度。
2 級。裝袋之前干燥是可選的,裝袋與去濕劑是要求的、標貼是要求的。
2a-5a 級。 裝袋之前干燥是要求的, 裝袋與去濕劑是要求的、 標貼是要求的。
6 級。裝袋之前干燥是可選的,裝袋與去濕劑是可選的、標貼是要求的。
元件干燥使用去濕或烘焙兩種方法之一。室溫去濕,可用於那些暴露在 30℃ / 85%RH 條件下少於
8 小時的元件,使用標准的干燥包裝方法或者一個可以維持 25℃± 5℃ 、濕度低於10%RH 的干燥
箱。烘焙比許多人所了解的要更復雜一點。 對基於級別和包裝厚度的干燥前與后的包裝, 有一些烘
焙的推薦方法。 預烘焙用於干燥包裝的元件准備, 而后烘焙用於在車間壽命過后重新恢復元件。
請查閱並跟隨 J-STD-033 中推薦的烘焙時間/溫度。 烘焙溫度可能通過氧化引腳或引起過多的金屬
間增生( intermetallic growth )而 降低引腳的可焊接性 。不要將元件存儲在烘焙溫度下的爐子內。
記住,高溫托盤可以在 125 ℃之下烘焙,而低溫托盤不能高於 40℃。
IPC 的干燥包裝之前的預烘焙推薦是:
包裝厚度小於或等於 1.4mm :對於 2a - 5a 級別, 125℃的烘焙時間范圍 8~ 28 小時,或 150 ℃
烘焙 4~ 14 小時。
包裝厚度小於或等於 2.0mm : 對於 2a~ 5a 級別,125 ℃ 的烘焙時間范圍 23~ 48 小時,或 150 ℃
烘焙 11~ 24 小時。
包裝厚度小於或等於 4.0mm :對於 2a~ 5a 級別, 125 ℃ 的烘焙時間范圍 48 小時,或150℃烘焙
24 小時。
IPC 的車間壽命過期之后的后烘焙推薦是:
包裝厚度小於或等於 1.4mm :對於 2a ~5a 級別, 125 ℃的烘焙時間范圍 4~ 14 小時,或 40℃烘
焙 5 ~ 9 天。
包裝厚度小於或等於 2.0mm :對於 2a~ 5a 級別, 125℃的烘焙時間范圍 18~ 48 小時,或 40℃烘
焙 21~ 68 天。
包裝厚度小於或等於 4.0mm :對於 2a ~5a 級別, 125 ℃的烘焙時間范圍 48 小時,或40℃烘焙 67
或 68 天。
通過了解 IPC-M-109 ,潮濕敏感性元件標准與指引手冊,可避免有關潮濕敏感性的問題。