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非气密性SMD器件潮湿敏感度问题

潮湿对可靠性带来的危害

电气短路

金属氧化

电化学腐蚀

MSD危害


MSD危害作用在焊接、包括维修的加热过程中。

重视并研究MSD问题,对加工、运输、器件选型和仓库管理起指导作用。

技术的进步加深MSD问题

面阵列封装器件(如:BGA ,CSP)使用数量的不断增加。面阵列封装器件趋向于采用卷带封装,每盘卷带可以容纳非常多的器件,这延长了器件的曝露时间。

 

贴装无铅化。无铅合金的回流峰值温度更高,它可能使MSD的湿度敏感性至少下降1或2个等级。

MSD (Moisture Sensitive Devices) 潮湿敏感器件 MSD主要指非气密性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。 


MSL (Moisture Sensitivity Level) 潮湿敏感等级

MSD分级,等级越高,对湿度越敏感,也越容易受湿气损害。可分为1、2、2a、3、4、5、5a、6,其中1级器件不是MSD。

MSD封装材料


以陶瓷、金属材料封装的半导体组件的气密性较佳,成本较高,适用于可靠性要求较高的使用场合。以塑料封装的半导体组件的气密性较差,但是成本低,因此成为电视机、电话机、计算机、收音机等民用品的主流。 


我们现在使用的器件主要以氧环树脂为主。

常用术语

MBB: Moisture Barrier Bag 防潮袋

HIC: Humidity Indicator Card 潮湿指示卡

Floor life: MSD离开密封环境,暴露在空气中的时间

Shelf life: MSD器件能存放在干燥袋中的最小时间,从袋密封日期开     始,通常最小不低于12个月


参考文献:

J-STD-033B.1 January 2007

J-STD-020D June 2007

J-STD-033A year 2002

JET113 May 1999

Intel Packaging Technology

-STD-033: MSD的处理、包装、运输。

J-STD-020: MSL分类标准。

JEP113: MSD标签说明。

blob.png在回流区,整个器件要在183度以上60-150s左右,最高温度在220-235度(SnPb共晶)。


blob.png
无铅焊接的峰值温度、预热温度更高,最高温度在245-260度。

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(通常我们把这种现象形象的称作“爆米花”现象)。


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。


blob.png

blob.png

影响MSD的参数主要是器件材料和器件的几何尺寸,几何尺寸主要是指厚度。


1. 厚度对器件潮湿敏感度的影响体现在两个方面:

1. 厚度大(体积大)的器件温度升高慢,相对厚度小(体积小)的器件来说危害时间短。

2. 湿气完全渗透厚度大的器件所需要的时间长,即其Floor life相对要长。


2. 材料对器件潮湿敏感度的影响体现在透水性


潮敏等级

暴露在空气中的寿命

时间

环境

1

无限制 

≤30℃/85%RH 

2

一年 

≤30℃/60%RH

2a

四周 

≤30℃/60%RH

3

168小时

≤30℃/60%RH

4

72小时 

≤30℃/60%RH

5

48小时 

≤30℃/60%RH

5a

24小时 

≤30℃/60%RH

6

标签上要求

≤30℃/60%RH





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