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1、MSD潮湿敏感器件防护培训 2021/3/291 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
2、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。2021/3/292 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2021/3/293一.
3、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 湿敏元件包装信息2021/3/2941.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-Sensitive Devices），简称MSD。目前厂内主要有部分电子元器件。1 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。 2021/3/2951.1 2 MSD国际标准 为确保潮湿气体不进入器件中，
4、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/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。22021/3/296IPC/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
5、等级划分 湿敏元件等级(MSL)基本上可以划分为8个等级。2021/3/2974注：a 建于两级之间；Level 1 不作湿敏控制2021/3/298 5 4 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）2021/3/299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 temperat
6、ure： 260 2021/3/2910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。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。 2021/3/29117 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2021/3/29121.潮湿敏感元件产生危害的因素 潮敏失效是塑料封装表
7、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。92021/3/2913 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
8、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2021/3/2914 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。11 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2021/3/2915 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
9、生裂缝。 12IC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 12.22021/3/291613 三 MSD失效器件的干燥方法 141 烘烤条件2 烘烤流程及记录3 烘烤方法4 注意事项2021/3/29171 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“BAKEUNITS 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
10、应酌情选择中温或低温烘烤。2021/3/29182021/3/29192 烘烤流程及记录方法 (1) 烘烤流程见右图 152021/3/2920(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。 162021/3/29213 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。2021/3
11、/2922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。 172021/3/29232021/3/29244 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2021/3/2925 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
12、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。 2021/3/292619.1 四 MSD潮湿敏感器件的管理 19.21. 进货及库存管理2. 生产管理3. MSD器件存储流程2021/3/29271.进货及库存管理1.1 进货检验1.2 库存管理2021/3/29281.1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
13、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2021/3/2929 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6：212021/3/29301.2 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2021/3/2931
14、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235，相对湿度30%60%RH。2021/3/29322. 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2021/3/29332.1 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
15、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2021/3/2934 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
16、用一包，拆封时确认湿度指示卡是否正常。2021/3/29352.2 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 2021/3/2936 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
17、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2021/3/29372.3 干燥包装 23 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2021/3/2938 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
18、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。24 2021/3/29393. MSD器件存储流程2021/3/2940五 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BCM5338失效的根本原因，又该芯片为塑封器件，开封分析成为一大难题，因此由质量部协助在库房（维修更换退料库）寻找4片2006年生产的器件，返到原厂分析。2021/3/2941问题描述 交换机所用BCM5338芯片，在7，8月份（雨季）故障率较高，失效现
19、象一般为数据丢包/PING不通/不LINK。故障确认 07年9月份之前公司所用BCM5338的MSD失控，如：BCM5338暴露时间没有记录跟踪卡；库房器件不对其进行烘烤及抽真空管理；储存的温湿度不受控；从器件出库到SMT焊接前长时间暴露后不进行烘烤。还有据调查BCM5338器件是从台湾封装，新加坡生产。产地靠近沿海，气候湿润。2021/3/2942故障分析 芯片分层导致某管脚开路,芯片分层是由于爆米花效应引起，BCM5338（MSL3）暴露超过168小时，渗透到芯片内部的潮汽，在回流焊接时浸入的大量潮汽突然挥发，压力增大，器件内部的气体快速膨胀而使引线与内部结合层分离见附图。解决方案 物料选型时加强MSD控制;对储存器件的温湿度进行控制;建立器件烘烤规范并保证施行;加强MSD管理;在焊接前尽量在125下，连续烘烤8小时.2021/3/29432021/3/2944 培训结束 谢谢！2021/3/2945
