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湿敏元器件(MSD)控制要求

来源:立泰电子   时间:2022/9/20 11:18:30   浏览:26

■潮湿敏感型元件定义

潮湿敏感型元件:简称为湿敏元件,英文简称MSD(moisture-sensitive device),即指易受环境温湿度及静电影响的一类电子元器件。

■控制湿敏元件的必要性

大气中的水分会通过扩散渗透到湿度敏感件的封装材料内部。当件贴装到PCB上以后,需要进行回流焊接。在回流区,整个件要在183度以上烘烤30-90s左右,最高温度可能在210-235度(Sn-Pb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,件内部的水分会快速膨胀,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,从而导致件剥离分层或者爆裂,于是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、界面裂缝、更甚至出现“爆米花”现象等,大多数情况下,肉眼看不出来,比如封装内部分层、焊接脱落、焊线腐蚀等

湿敏元件受潮湿破坏原理

在空气中长时间曝露以后水分渗透到器件封装材料内

回流焊接开始Temp  100,器件表面温度渐增,水分慢慢聚集到结合部位

随着温度的升高Temp  100 水分蒸发, 压力突增, 导致剥离分层

1.png 

湿敏元件的控制适用范围

①封装类型

A适于所有非气密性(Non-Hermetic)SMD器件。包括塑料封装、其他透水性聚合物封装(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SMD器件。

B气密性SMD器件不属于湿度敏感器件

②工艺类型

A、适于采用IR(infrared)Convection/IRConvectionVPR(vapor phase reflow)Bulk Reflow(对许多器件同时进行回流焊接)工艺过程;

B、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

C、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”;

D、不适于那些穿孔插入或者Socket固定的器件(Socketed Components)

E、不适于点到点的焊接过程(仅仅加热管脚来焊接)。在这种焊接过程中,整个器件吸收的热量相对来讲要小的多。

湿敏元件等级测试流程

先执行「初始电性测试」、「外观检查」、与「分层」,确认待测物初始状况是否有脱层Delamination、裂痕Crack,做为实验后的数据比对。接着执行125℃「烘烤」24小时、执行「吸湿」与「回焊Reflow」试验。进行Reflow时,须特别小心是否会有爆米花效应爆裂

1、初始电性测试        5、3次回流焊试验

2、初始外观检        6、最终外观检验

3、初始分层        7、最终分层检验

4、烘烤/吸湿           8、最终电性测试

湿敏元件等级划分及测试标准

1、等级划分及吸湿要求

MSL等级

车间寿命

吸湿要求

标准

加速

时间

条件

时间(H)

条件

时间(H)

条件

1

不限

30/85%RH

168

85/85%RH

2

1

30/60%RH

168

85/60%RH

2a

4

30/60%RH

696

30/60%RH

120

60/60%RH

3

168小时

30/60%RH

192

30/60%RH

40

60/60%RH

4

72小时

30/60%RH

96

30/60%RH

20

60/60%RH

5

48小时

30/60%RH

72

30/60%RH

15

60/60%RH

5a

24小时

30/60%RH

48

30/60%RH

10

60/60%RH

6

标签时间

30/60%RH

标签时间

30/60%RH

备注

①所有塑封SMD器件都应有湿敏等级;

②无防潮等级标识的需按2a级防潮措施处理;

湿敏等级6的元件使用前必须烘烤,且在潮湿警示标签上要求的时间内完成回流焊;

④车间寿命:从将元件取出防潮袋到干燥储存或烘干再到回流焊所允许的时间段。

⑤不论哪个等级的元件(等级6除外),其密封干燥保存的寿命不能少于12个月,外部存储环境为<40/90%RH,大气不能冷凝;

⑥等级2a-5a的吸湿时间有如下规定。按烘烤后暴露时间24小时限,若暴露小于24小时,则吸湿时间减少,标准条件下小于24小时的每1小时减少1小时,加速条件下小于24小时的每5小时减少1小时;若暴露大于24小时,则吸湿时间增加,标准条件下大于24小时的每1小时增加1小时,加速条件下大于24小时的每5小时增加1小时;

⑦加速吸湿要求的使用必须是在和标准吸湿要求建立对应的损伤响应的相关性(包括电气)或者已知的扩散活化能为0.4-0.48eV才能使用。因为加速吸湿时间可能因材料特性(例如模塑料、密封剂等)而有所不同。扩散活化能确定方法参考JEDEC 文件 JESD22-A120

2、回流焊曲线分类

Profile Feature

Sn-Pb Eutectic Assembly

Pb-Free Assembly

Large Body

Small Body

Large Body

Small Body

Average ramp-up rate

(TL to TP)

3/second max.

3/second max.

Preheat

  -Temperature Min (Tsmin)

  -Temperature Max (Tsmax)

  -Time (min to max) (ts)

 

100

150

60-120 seconds

 

150

200

60-180 seconds

Tsmax to TL

-Ramp-up Rate


3/second max

Time maintained above

  -Temperature (TL)

  -Time (tL)

 

183

60-150 seconds

 

217

60-150 seconds

Peak Temperature (TP)

225 +0/-5

240 +0/-5

245 +0/-5

250 +0/-5

Time within 5of actual Peak

Temperature (tP)

10-30 seconds

10-30 seconds

10-30 seconds

20-40 seconds

Ramp-down Rate

6/second max.

6/second max.

Time 25to Peak Temperature

6 minutes max.

8 minutes max.

2.png 

湿敏元件的包装要求

等级

包装袋

干燥材料

湿度标识卡(HIC

警告标识

1

可选

可选

可选

可选

2

要求

要求

要求

要求

2a-5a

MBB要求

要求

要求

要求

6

MBB要求

要求

要求

要求

MBBMoisture Barrier Bag,即防潮包装袋,该包装袋同时要具备ESD保护功能;

干燥材料:必须满足MIL-D-3464 Class II标准的干燥材料;

HICHumidity Indicator Card,即防潮包装袋内的满足MIL-I-8835MIL-P-116,Method II等标准要求的湿度指示卡。HIC指示包装袋内的潮湿程度(一般HIC上有至少3点色圈,分别代表不同的相对湿度值,例如下图为环保6点色圈湿度指示卡,圈内原色为棕色,当某圈内颜色色变为天蓝色时表明袋内已达到或超过圈对应的相对湿度);如果湿度指示卡指示袋内湿度已达到或超过需要烘烤的湿度界限(如果厂家未提供湿度界限值,一般按20%RH进行要求),需要对器件进行烘烤后再过回流焊。

干燥

受潮

3.png

4.png

备注:不同的HIC指示卡,颜色会有所不同,具体按HIC指示卡上的说明判定。

警告标签:Caution Label,即防潮包装袋外含潮湿敏感标签符号、潮湿敏感等级、存储条件和拆封后最长存放时间、受潮后烘烤条件及包装袋本身密封日期等信息的标签,如图

5.png 

湿敏元件的存储要求

仓库存储(标准温湿度情况下)湿敏元件,存储须满足以下条之一:

、保持在有干燥材料的MBB密封包装(真空或充氮气包装)状态下存储;

、存储在干燥

备注

*MSD元件必须在使用或配料时才能打开包装取出物料。8小时内剩余的物料需连同HIC及干燥材料进行真空密封或放置于干燥

*对于2级及以上的MSD元件,真空包装拆后,若不生产应立即存放于干燥内,干燥湿度需小于10%RH,或加入干燥材料抽取真空。暴露时间超过使用寿命,必须进行烘烤

拆包后的存储时间

等级

标准

降额1

降额2

1

无限制,85%RH

无限制,85%RH

无限制,85%RH

2

一年,30/60%RH

半年,30/70%RH

3月,≤30/85%RH

2a

四周,30/60%RH

10天,≤30/70%RH

7天,≤30/85%RH

3

一周,30/60%RH

72小时,≤30/70%RH

36小时,≤30/85%RH

4

72小时,≤30/60%RH

36小时,≤30/70%RH

18小时,≤30/85%RH

5

48小时,≤30/60%RH

24小时,≤30/70%RH

12小时,≤30/85%RH

5a

24小时,≤30/60%RH

12小时,≤30/70%RH

8小时,≤30/85%RH

6

使用前烘烤,烘烤后最大

存放时间按警告标签要求

使用前烘烤,烘烤后在

30t/70%RH条件下3小时

内完成回流焊

使用前烘烤,烘烤后在

30/85%RH条件下2小时

内完成回流焊

备注:在高于85%RH的环境条件下,若暴露时间大于2小时,则所有2级以上(包括2级)的湿敏元件必须烘烤再进行回流焊。

干燥柜存储要求

根据IPC/JEDEC J-STD-033B要求,存放于干燥柜内元件需按照下表要求进行时间管理,不可无限存放。

干燥柜MSD元件储存标准(天)

潮湿等级

5%

10%

20%

温度

2a

-

-

124

30

-

-

167

25

-

-

231

20

3

-

-

10

30

-

-

13

25

-

-

17

20

4

-

5

4

30

-

6

5

25

-

8

7

20

5

-

4

3

30

-

5

5

25

-

7

7

20

5a

-

2

1

30

-

3

2

25

-

5

4

20

湿敏元件的烘烤要求

1MSD元件车间寿命超出要求以后进行烘烤的参考数据(烘烤以后:车间寿命从零开始计)

烘烤条件

125

90/5%RH

40/5%RH

元件

厚度

等级

超出

72小时

超出

72小时

超出

72小时

超出

72小时

超出

72小时

超出

72小时

1.4mm

2

5小时

3小时

17小时

11小时

8

5

2a

7小时

5小时

23小时

13小时

9

7

3

9小时

7小时

33小时

23小时

13

9

4

11小时

7小时

37小时

23小时

15

9

5

12小时

7小时

41小时

24小时

17

10

5a

16小时

10小时

54小时

24小时

22

10

1.4mm2.0mm

2

18小时

15小时

63小时

2

25

20

2a

21小时

16小时

3

2

29

22

3

27小时

17小时

4

2

37

23

4

34小时

20小时

5

3

47

28

5

40小时

25小时

6

4

57

35

5a

48小时

40小时

8

6

79

56

2.0mm4.5mm

2

48小时

48小时

10

7

79

67

2a

48小时

48小时

10

7

79

67

3

48小时

48小时

10

8

79

67

4

48小时

48小时

10

10

79

67

5

48小时

48小时

10

10

79

67

5a

48小时

48小时

10

10

79

67

回常温时间

2小时

1小时

30分钟

2、需要再次密封保存的MSD元件烘烤的参考数据(烘烤后必须在24小时内完成密封储存,相对环境湿度控制60%RH

元件厚度

等级

125

150

1.4mm

2

7小时

3小时

2a

8小时

4小时

3

16小时

8小时

4

21小时

10小时

5

24小时

12小时

5a

28小时

14小时

1.4mm

2.0mm

2

18小时

9小时

2a

23小时

11小时

3

43小时

21小时

4

48小时

24小时

5

48小时

24小时

5a

48小时

24小时

2.0mm

4.5mm

2

48小时

24小时

2a

48小时

24小时

3

48小时

24小时

4

48小时

24小时

5

48小时

24小时

5a

48小时

24小时

参照标准

JEDEC JEP113-B (Symbol and Labels for Moisture-Sensitive Devices)

IPC/JEDEC J-STD-020A (Moisture/Reflow Sensitivity Classification 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)

合作院校:
兄弟单位: