这次整理了一些比较属於『专业电子產业』与『乾燥』、『湿气
特别是『微量湿气』的部份,会影响电子產品的成品与半成品的良率、可靠度有所
影响的一些资讯,并且这并不是一个秘密或是多专业难以控制的变数和因子,而且他
也已经有官方机构提供了一个只要遵守、参考,就可以有效的提升整个產品品质,
让生產管理、品质管理有漂亮的数字,客户满意度当然也就拉高了,而这个关键办法
却不是以『改善製造、生產流程』或是『寻找更好的原料、元件』和『高档专业的生產设备、品检设备』就可以达到。

首先~ 先来介绍一个美国的电子工业规范组织:

IPC 国际电子工业联接协会(Association Connecting Electronics Industries)官方网址点这

IPC 国际电子工业联接协会(Association Connecting Electronics Industries)

针对电子產业中『焊接流程』、『材料』、『湿敏元件』等会因為微量湿气影响品质、良率、可靠度…等等提出规范来强化產业界这部份需求,首先简单的介绍一下这个组织单位。

IPC是电子电路组装、製造的北美组织,我们平时说的J-STD-XXX, 都是IPC的标准,可以说是这產业参考标准,大部分OEM, ODM, 和EMS公司的电子组装制造,也是参照IPC这个标准。 另外,除美洲市场之外,其他地区也有类似的标準规范如:
JIS是日本JSA(Japanese Standards Association)的规范标准。
IEC(International Electro technical Commission)是欧盟的标准。
很多总部在日本或是欧洲的电子制造商,都会参考这两个组织的规范作為标准。

其中呢,有几个规范特别与『微量湿气』有关键的参考价值:

IPC-J-STD-005内容主要為:焊膏的要求
规定了进行高质量电子互连所用的焊膏的特性描述和测试的一般要求,本规范是一个质量控制文件,无意直接关联制造工艺中材料的性能。

IPC J-STD-020D内容主要為:
非气密封装固态表面贴装器件湿度/回流焊敏感度分类

本标准用于确定最初的可靠性鉴定应该采用的分类级别。这些元器件必须得到正确的包装、储存及运输以避免接下来在回流焊时受到热损伤及机械损伤。

IPC J-STD-033B 内容主要為:
对湿度、回流焊敏感的表面贴装器件的处置、包装、发送及使用方法

本标准是针对表面贴装器件制造商及用户关于对湿度 、回流焊敏感的 表面贴装器件 的处置、包装、发运及使用的方法。这些方法可帮助企业避免对湿度、回流焊敏感的表面贴装器件受到湿气与暴光的损伤。使用这些方法,能做到回流焊接时器件安全而无损伤。方法如:干燥的包装过程、使用密封的干燥包装使得器件从密封之日起能有至少12个月的保存期限。

其中这两个部分:
IPC/JEDEC J-STD-020D 塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类
IPC/JEDEC J-STD-033B 潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准

尤其关键和重要!

IPC上海公司甚至还特别為这两个部分规范单独开课详细说明,其中谈到项目有以下这些重点:

History of Moisture Sensitivity 潮湿敏感度的歷史
Cause & Effect of Moisture/Reflow 湿气/回流的起因和结果
Moisture Absorption/Desorption 湿气吸收和解除
Moisture Sensitivity Level Classification 潮湿敏感度级别
Desiccant Properties and Use 乾燥物质以及使用
Dry Packing of Moisture Sensitive Components 湿度敏感元件的乾燥包装
Using Moisture Sensitive Components湿度敏感元件的使用
Rework 返工
Future Issues未来的挑战
参考资料请见这

IPC/JEDEC J-STD-020D 这份规范:
定义了潮湿敏感性元件,目的是就那些对微量湿气所影响敏感的非密封型固态表面黏著元件(surface mount devices, SMD),说明有哪些敏感度等级,让它们可以被适当地封装、存放与处理,避免在迴焊黏著和修理工作进行期间受到损伤。
当封装暴露在迴焊的高温时,非密封型封装内的蒸汽压力会大幅增加。
在特定状况下,这个压力会造成封装材料发生内部剥离而脱离晶片或导线架、基板,或是发生未扩及封装外面的内部裂缝、或是黏著损伤、金属线窄化、接合翘起、晶片翘起、薄膜裂缝,或接合下方发生凹口。
以最严重的状况来说,这个应力会造成封装发生外部裂缝。这个被共称為『爆米花现象』,因為这个内部应力会造成封装膨胀、突起,然后『』一声破裂。SMD比通孔元件更容易发生这个现象,因為他们在迴焊时暴露在更高的温度中。原因在於銲接作业一定要发生在与SMD元件同一面的板面上。对於通孔元件,銲接作业发生在板的下面,因而将元件遮蔽隔离了高热的銲料。

电子產品的失效,有60%-70%是元器件失效造成的。而元器件失效中,有30%左右是元器件潮湿敏感问题引起的。J-STD-020D对每一个电子產品生產厂(公司)识别元器件潮湿敏感度,减少潮湿敏感控制不当造成电子產品损坏有很好的分类方式与建议的回流温度曲线计算方式。

下面列出了八种湿度分级和车间寿命(floor life)。

下面列出了八种湿度分级和车间寿命(floor life)

湿气/迴焊敏感等级的重要需注意项目:

如果一个元件為等级1,则该元件将被归类為『对湿气不敏感』,且无需防湿包装限制。
如果一个元件不是归类為等级1,则该元件将被归类為『对湿气敏感』,且一定要依照J-STD-033这个规范而被防湿保管、保存。
如果一个元件归类為等级6,则该元件将被归类為『对湿气极端敏感』,而且任何的防湿包装都无法提供适当的保护(除非使用超低湿乾燥设备,J-STD-033这个规范特别提到了)。如果这样的產品被装货,一定要告知客户该產品被分类到哪个等级。此外供应商还须随元件检附一张警示标籤。

IPC/JEDEC J-STD-033B 这份规范:
提供处理、包装、装运和烘烤潮湿敏感性元件的作业方法。

重点应该是在『包装』、『保管』、『保存』和『防止湿气吸收』上面,烘烤只是过多暴露发生之后使用的不得已办法。

IPC/JEDEC J-STD-033B 规范

 

接著下面这个表!很重要!

各湿敏元件不同等级在不同湿度环境保存拥有的使用期限列表:

各湿敏元件不同等级在不同湿度环境保存拥有的使用期限列表

 

综合以上资料,可得知道电子產业製程作业过程中,微量湿气会造成很大的关键影响已经是个不争的事实,要能提昇產品的良率和可靠度,除了製程流程的改善,其中一个关键环节就是有效处理『微量湿气』的存在问题,并且不能单靠最后半成品或成品之后才考虑这个问题,而必须在『元件』、『零组件』、『原料』甚至『锡膏』…等就必需开始注意并且处理『微量湿气』的问题

对於湿敏元件要能有效乾燥、脱湿,可以使用常烘烤或常温常压乾燥箱、乾燥设备,两种方式。
一、烘烤除湿的方式 :
烘烤比较复杂,针对潮湿敏感级别不同和包装厚度的不同,有不同的烘烤时间和温度的需求,并且需注意烘烤温度和时间可能造成引脚氧化或引起过多的金属间增生(intermetallic growth),因而降低引脚的可焊接性及加速元器件老化等问题,这些反倒另外增加成品、半成品的不可靠度性和其他延伸问题。

二、常温常压的乾燥箱、乾燥设备除湿方式:
对於潮湿敏感等级為Level 2a和 Level 3等级的物件,真空包装拆开后若能存放在低於10%RH的保存环境下,元件可以使用的车间寿命没有限制。
对於潮湿敏感等级為Level 4到 Level 5a等级的物件,真空包装拆开后若能存放在低於5%RH的保存环境下,元件可以使用的车间寿命没有限制。

另外根据业界使用经验参考资料表示:
将拆封后的物件放入湿度控制在5%RH以下的常温乾燥箱 、乾燥设备中,经过拆封暴露时间 X 5倍的除湿保管、保存时间,物件可以恢復原本的元件车间寿命。

 

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