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1、MSD潮湿敏感器件防护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-sensitive devices，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
2、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，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2 MSD国际标准3 湿敏元件等级划分4
3、湿敏元件包装信息1.潮湿敏感元件凡是在储存、运输和安装等过程中，非密封 塑封元器件因吸收空气中潮气而诱发损伤，这 样的元器件统称为潮湿敏感元器件, (Moisture- Sensitive Devices），简称MSD。MSD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。 2 MSD国际标准为确保潮湿气体不进入器件中，美国电子联 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
4、括了七个文件，其中关于潮湿 敏感防护的有三个，分别是：IPC/JEDEC J-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 。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。2.1IPC-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。注：a 介 于两级 之间； Level 1 不 作湿敏 控制85%RH4 湿敏元件包装信息所有湿敏元
5、件都应 封装在防潮的包装袋 中, 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）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Bag Seal Date就 是密封包装的日期，如（ 图2）Bag Seal Date： 09/03/31 第2点 元件本体允许承受 的最高温度，如（图2 ）： Peak package body temperature： 260 第3点 Floorlife时间(Mounted/used within): 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
6、。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）：48 hours小时、125 5。 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。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
7、强度时，封装就可能 会裂开，或至少在界面间产生分层。2.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
8、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。3.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。 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)线捆接损伤、芯片损伤最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂三 MSD失效器件的干燥方法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
9、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“BAKE UNITS IF PINK”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。2 烘烤流程及记录方法(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。3 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
10、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。 4 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
11、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。 四 MSD潮湿敏感器件的管理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。在IQC检
12、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6：1.2 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
13、。 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235，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，如不完好拒收退库。检查非原包装元件的包装是否良好，是否有 湿敏元件控制专用标签，并检查累计时间是 否
14、超值，若已接近失效 时间，则拒收退库。对非原包装元件需拆开包装清点数量时，点 好后立即将元件放入干燥箱中保存。对于非原包装元件，如果预计在使用过程中元件可能失效，则分料员一定要分批发放。 尾（余）料退回时要在标签上记录暴露时间 。没用完的器件，可以暂时放到干燥箱中。退回仓库时，必须烘烤后重新密封填写记录 。对于需经二次回流焊的湿敏元件，SMT要确 保24小时内完成第二次回流焊并且确保湿度 敏感寿命有效。优先使用在干燥箱内的器件，真空包装袋中 的材料要在使用时才能打开，且要拆一包用 一包，拆封时确认湿度指示卡是否正常。2.2 返工/返修管理领散料时，用自封口防静电袋子/盒子放置 湿敏元件，若在有
15、效时间内没有用完，放回烘 干器中保存，若元件累计时间已超值,则放入烘 箱中烘烤，烘烤时须带外包装，不得直接将元 器件放置于烘箱中直接烘烤。如果要拆掉主板上的器件，最好采用局部 加热，器件的表面温度控制在200以内，以 减小湿度造成的损坏。如果有些器件的温度要超过200，而且超过了规定的Floor Life， 在返工前要对主板进行烘烤，有些SMD器件 和主板不能承受长时间的高温烘烤，如一些 FR-4材料，不能承受24小时125的烘烤； 一些电池和电解电容也对温度很敏感。综合 考虑这些因素，选择合适的烘烤方法。2.3 干燥包装 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
16、起密封在 防潮袋内。标贴含有有关特定温度与湿度范 围内的寿命、峰值温度(220C或235C)、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、以及包装袋的密封日期 。 值得注意的是对于不同的湿敏元件等级有 不同的包装要求，其中：1 级：装袋之前干燥是可选的，装袋与干燥剂是可选的、标贴是不要求的。2 级：装袋之前干燥是可选的，装袋与干燥 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 干燥剂是要求的、标贴是要求的。6 级：装袋之前干燥是可选的，装袋与干燥 剂是可选的、标贴是要求的。 3. MSD器件存储流程五 案列案例简述某公司产交换机产品在雨季返修率较高，客 户返修产品到维修部后维修过程一般都是更 换BCM5338后，设备基本恢复正常工作，确 定BCM5338器件故障。为了找到BCM53
