如何干燥MSD湿敏器件
发布时间：2013年01月03日 点击数：
如何干燥MSD湿敏器件
一、前言：
众所周知，受潮的湿敏器件（以下简称“MSD”）在过回流焊高温作用下会发生压力损伤甚至爆米花现象；相比较直接可以发现的爆米花现象，压力微损伤的破坏力更大，这种隐形的损伤可以在成品一段时间后才会显现，它导致成品的可靠性或者寿命大幅降低，对于一个企业而言，声誉也会受到影响。所以通常做法都会将受潮的MSD干燥后再过回流焊，以避免发生品质或者可靠性受损问题。事实上，不正确的MSD干燥方式会带来更多麻烦，了解这些细节的人并不多。不正确的MSD干燥方式会导致干燥程度无法达至安全范围，从而无法避免受潮带来的损伤，甚至还会加速产品表面氧化，大幅降低可焊性，产生更多问题。
所以认识并且重视IPC/JEDEC J-STD-033C标准中对MSD的干燥或者重置其车间寿命是非常重要。
二、MSD的干燥方式：
参照IPC/JEDEC J-STD-033C标准中对MSD湿敏器件的干燥方式主要有四种：
① 150℃高温烤干
② 125℃高温烤干
③ 40~90℃；≤5%RH中温超低湿烘干
④ 常温超低湿干燥
1. 对于150℃的烤干方式而言，虽然耗时最短，但现在一般很少有用户会选用，因为这种干燥方式对器件的损伤是最大的，且氧化速度也是最快的。一般150℃是在半导体工厂包装前可能选用的烘烤条件，对于SMT企业并不推荐。
2. 对于125℃烤干的时间较短，一般可用于耐高温，同时又不容易发生氧化的MSD的干燥。按照不同的湿敏等级、芯片厚度及暴露情况，标准IPC/JEDEC J-STD-033C 的第四部分做了详细的分类，（如下表一并列出了IPC/JEDEC J-STD-033C规定的常用的烘烤时间表。）
125℃ 烤干 （车间寿命重置）0~+5℃ |
|||||||||||||
厚度＞1.4mm |
厚度＞1.4mm ; ≤2.0mm |
厚度＞2.0mm ; ≤4.5mm |
|||||||||||
条件 |
超过车间寿命
＞72小时 |
超过车间寿命
≤72小时 |
超过车间寿命
＞72小时 |
超过车间寿命
≤72小时 |
超过车间寿命
＞72小时 |
超过车间寿命
≤72小时 |
|||||||
2 |
5小时 |
3小时 |
18小时 |
15小时 |
48小时 |
48小时 |
|||||||
2a |
7小时 |
5小时 |
21小时 |
16小时 |
48小时 |
48小时 |
|||||||
3 |
9小时 |
7小时 |
27小时 |
17小时 |
48小时 |
48小时 |
|||||||
4 |
11小时 |
7小时 |
34小时 |
20小时 |
48小时 |
48小时 |
|||||||
5 |
12小时 |
7小时 |
40小时 |
25小时 |
48小时 |
48小时 |
|||||||
5a |
16小时 |
10小时 |
48小时 |
40小时 |
48小时 |
48小时 |
|||||||
考虑到125℃烤干过程会降低器件可焊性，同时由于100℃以上时器件内部吸收的水分会快速蒸发，对器件依旧存在潜在伤害，并不建议频繁采用。
3. 对于40~90℃；≤5%RH中温超低湿烘干的过程虽然要长于125℃烘烤方式，但其安全性是最高的，这一点在IPC/JEDEC J-STD-033C中就有明确指出，这种干燥条件对器件几乎没有损伤，且氧化情况也可以被忽略。同样所有不耐高温的MSD（如卷带料、管状料等）也需要在这样的条件下进行烘干，因此目前越来越多的SMT企业选择用中温超低湿方式来烘干MSD。（如下表二列出了IPC/JEDEC J-STD-033C规定的常用的烘烤温湿度和时间表。）
90℃;≤5%RH 烘干（车间寿命重置）温度精度0~+5℃ |
|||||||||||||
厚度＞1.4mm |
厚度＞1.4mm ; ≤2.0mm |
厚度＞2.0mm ; ≤4.5mm |
|||||||||||
条件 |
超过车间寿命
＞72小时 |
超过车间寿命
≤72小时 |
超过车间寿命
＞72小时 |
超过车间寿命
≤72小时 |
超过车间寿命
＞72小时 |
超过车间寿命
≤72小时 |
|||||||
2 |
17小时 |
11小时 |
63小时 |
2天 |
10天 |
7天 |
|||||||
2a |
23小时 |
13小时 |
3天 |
2天 |
10天 |
7天 |
|||||||
3 |
33小时 |
23小时 |
4天 |
2天 |
10天 |
8天 |
|||||||
4 |
37小时 |
23小时 |
5天 |
3天 |
10天 |
10天 |
|||||||
5 |
41小时 |
24小时 |
6天 |
4天 |
10天 |
10天 |
|||||||
5a |
54小时 |
24小时 |
8天 |
6天 |
10天 |
10天 |
|||||||
40℃;≤5%RH 烘干（车间寿命重置）温度精度0~+5℃ |
|||||||||||||
条件 |
厚度＞1.4mm |
厚度＞1.4mm ; ≤2.0mm |
厚度＞2.0mm ; ≤4.5mm |
||||||||||
2 |
8天 |
5天 |
25天 |
20天 |
79天 |
67天 |
|||||||
2a |
9天 |
7天 |
29天 |
22天 |
79天 |
67天 |
|||||||
3 |
13天 |
9天 |
37天 |
23天 |
79天 |
67天 |
|||||||
4 |
15天 |
9天 |
47天 |
28天 |
79天 |
67天 |
|||||||
5 |
17天 |
10天 |
57天 |
35天 |
79天 |
67天 |
|||||||
5a |
22天 |
10天 |
79天 |
56天 |
79天 |
67天 |
|||||||
对于SMT企业而言，40~90℃;≤5%RH中低温超低湿烘干条件及125℃高温烤干条件是最常用到的干燥条件，缺一不可。事实上，现今越来越多非耐热性MSD器件的出现及越来越高安全性的要求，IPC/JEDEC J-STD-033C版较之以前版本已经大幅增加了中低温超低湿烘干约定的内容。
40~90℃烘烤的关键点是湿度必须符合≤5%RH以下要求，这点很容易被忽略。由于相对湿度会伴随温度的升高而降低，很多公司就将湿度控制忽略了，这是非常危险的。
首先必须了解，在普通环境中，一台烘烤设备仅升高温度（< 100度），其内部湿度是无法做到5%RH以下的（图标三）。（即内部湿度是不可控的。）">
（在温度40~90℃时，）湿度不能满足≤5%RH以下，就会出现干燥不充分、无法干燥甚至加湿风险。（见如下图标四）。（这种条件也达不到标准中对MSD车间寿命完全重置的要求。）
IPC/JEDEC J-STD-033C 湿敏器件放置条件及时间关系（天）
|
|
图表四
可见相对湿度相同的情况下，温度越高，MSD器件的吸湿速度越快。所以仅把烘烤设备内部温度升到40~90℃根本不能满足MSD器件的干燥要求，而且如果外界湿度较高时，氧化风险也会大幅增加。
4. （IPC/JEDEC J-STD-033C给出了常温超低湿干燥方式），由于其干燥时间较长，所以一般用于短期暴露的车间寿命重置。如表五
湿敏等级 |
暴露时间、温湿度条件 |
车间寿命 |
干燥时间及关联湿度 |
烘干 |
2,2a,3,4,5,5a |
任意时间
≤40℃；85%RH |
重置/干燥 |
不适用 |
中高温干燥 |
2,2a,3,4,5,5a |
＞车间寿命
≤30℃；60%RH |
重置/干燥 |
不适用 |
中高温干燥 |
2,2a,3 |
＞12小时
≤30℃；60%RH |
重置/干燥 |
不适用 |
中高温干燥 |
2,2a,3 |
≤12小时
≤30℃；60%RH |
重置/干燥 |
5倍暴露时间
≤10%RH |
不适用 |
4,5,5a |
＞8小时
≤30℃；60%RH |
重置/干燥 |
不适用 |
中高温干燥 |
4,5,5a |
≤8小时
≤30℃；60%RH |
重置/干燥 |
10倍暴露时间
≤5%RH |
不适用 |
2,2a,3 |
＜车间寿命
≤30℃；60%RH |
停止计时/不再受潮 |
任意时长
≤10%RH |
不适用 |
4,5,5a |
＜车间寿命
≤30℃；60%RH |
停止计时/不再受潮 |
任意时长
≤5%RH |
不适用 |
图表五
对于常温超低湿干燥箱设备的要求是，2~3等级MSD为10%RH以下，4~5a等级的MSD为5%RH以下；在这样的条件下，如果MSD没有超过车间寿命就可以达到中止受潮甚至缓慢干燥的目的。
很多用户并不理解没有超过车间寿命的MSD器件为何需要进行干燥，或者中止受潮。其实常温干燥方式，更多的是为了进一步降低MSD器件的受损率；诸如人为操作不当，干燥设备本身的波动及误差以及受潮MSD自身的潜在风险都可能造成湿敏损伤，有了常温干燥的双重保护，才能真正有效防止这样的可靠性问题出现。
5. 重置/干燥过程的波动及中断处理。
在中温及常温烘干器件时，由于时间跨度比较长，难免出现温湿度的中断或者波动。
，但如果超过15分钟，按照标准需要累加至器件的总干燥时间。
实际生产工艺中，一般中温常温设备中放置的远不止一种器件，也不会在相同时间放入或者取出，如果经常出现波动恢复时间长于15分钟情况，会严重影响器件干燥的可操作性，所以对于烘烤设备而言，常规开关门及运行波动温湿度务必在15分钟内恢复。
结束语：
湿敏器件的管控可能对于整个生产工艺而言是很小一部分，但湿敏伤害却可以非常严重，大部分受到损伤的器件在出厂时未必会被发现，在其成品以后会严重影响成品的品质和可靠性。如果我们多一份关注，更重视一些，很多品质问题是可以避免的。关注湿敏器件的管控，就是关注企业的生存与发展。
相关标签：MSD烘烤箱 低湿烘烤箱 低湿干燥箱
上一篇：LED防潮存储应用
下一篇：IPC关于烘烤新标准的解读
相关信息