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1、 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 ? JEDEC JEP113-B (Symbol and Labels for Moisture-Sensitive Devices) ? IPC/JEDEC J-STD-020A (Moisture/Reflow Sensitivity C
2、lassification 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) 为什么会出现 MSD 问题(见附件) 四、术语和定义 ? Active Desiccant（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。 ? Bar Code Label(条形
3、码标签)： 由商家提供的一种标签。 主要包括以下产品信息： part number(器 件编码), quantity（数量）, lot information（批次）, supplier identification（供应商标识）, moisture-sensitivity level（湿度敏感等级） 。 ? Bulk Reflow：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(vapor phase reflow)。 ? Carrier:直接用来盛放器件的容器，如：Tray(托盘)，Tube(管)，Tape
4、 and Reel(卷带)。 ? Desiccant（干燥剂） ：一种吸湿材料，用来保持低水平的湿度。 ? Floor Life(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最长的曝露时间。 ? Humidity Indicator Card(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。 ? Manufactures Exposure Time(MET):在对器件用袋子密封以前，厂商会
5、对器件进行烘烤，从 烘烤完毕开始，到器件被密封为止，器件的的最大曝露时间。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。 ? Moisture Sensitive Device(MSD)：湿度敏感器件。 ? Moisture Barrier Bag(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。 ? Moisture Sensitive Level(MSL):湿度敏感等级 ? Rework(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
6、 行焊接；或者对一个已经焊好的器件重新加热并移位。 ? Shelf Life(密封寿命):MSD 在 MBB 内保存所允许的时间。 ? Surface Mount Device（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。 ? Solder Reflow(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。 ? Water Vapor Tramission Rate（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
7、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（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： ? 随着温度的升高随着温度的升高: Temp 100C，水分蒸发，压力突增，导致剥离，水分蒸发，压力突增，导致剥离 剥
8、离很高的 压力 ? 回流焊接开始回流焊接开始 : Temp 100C，器件表面温度渐增，水分慢慢聚集到结合部位，器件表面温度渐增，水分慢慢聚集到结合部位 ? 在空气中长时间曝露以后：水分渗透到器件封装材料内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 Delamination High p pressure 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
9、（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 Bulk Reflow 工艺过程。 ? 不适于将整个器件浸在熔态锡里面的 Bulk Reflow 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(Socketed Components)。 ? 不适于点到点的焊接过程（仅仅加热管脚来焊接） 。在
10、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 ? Die attach material/process. ? Number of pins. ? Encapsulation(封装) (mold compound or glob top) material/process. ? Die pad area and shape. ? Body size. ? Passivation(钝化)/die coating. ? Leadframe, substrate, and/or heat spreader design/material/finish.
11、 ? Die size/thickness. ? Wafer fabrication(制作、装配) technology/process. ? Interconnect. 第 3 页 共 14 页 ? Lead lock taping size/location as well as material. 八、MSD 湿度湿度等级分类 8.1 MSD 是如何分类的 厂商会对 MSD 进行严格试验和测试， 最后确定 MSD 属于那个湿度等级。 其测试流程见图 （八 11） 第 4 页 共 14 页 图（八1）MSD 分类流程 8.2 MSD 湿度等级 MSD 可分为 6 大类。 对于各种等级的 M
12、SD,其首要区别在于 Floor Life、 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）Package Peak Reflow Temperatures 表（八2）湿度敏感等级（MSL）及 Floor Life 注：如果没有特别注明，Level 1 最高回流温
13、度均为 220。 不论哪个等级的器件（Level 6 除外） ，其 Shelf life 不能少于 12 个月，外部存储环境为40 /90%，大气不能冷凝。 Level 6 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
14、准进行标识，这要视其包装袋的说明来定。 ? 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 Level 26。 ? 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） ? 湿度敏感警示标志 ? Level 1 只有那些被划分为 220225以外以外的 Level 1 MSD 才需要此标志。见图（九3） 235 不是湿度 敏感器件 图（九3）Information label for level 1 第 7 页 共 14 页 ? Level 25a 湿度敏感等级为 Level 2、2a、3、4、5、5a 的 MSD 器
15、件，其湿度敏感警示标志见图（九 4） 。 图（九4）Level 25a MSD 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 ? 在密封袋里的最长密封寿命(Shelf life) ? 器件上表面最高峰值温度(参见 J-STD-020 定义) ? 器件在 30/60%环境下的最长拆封寿命(Floor Life)(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。 ? Level 6 图（九5） Level 6 MSD 的 湿度敏感警示标 极其湿度敏感 Level 6
16、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“EXTREMELY MOISTURE SENSITIVE”(极其湿度敏感) ? 器件上表面最高峰值温度 也可以用条形码来提供以上信息。 Level 6 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。 ? 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 235时读取精度最高。HIC 至少要有三个色点，分 别代表 5RH，10RH，15RH 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
