IPC-M-109與電子工業(yè)潮濕敏感元件的防護(hù)

IPC-M-109與電子工業(yè)潮濕敏感元件的防護(hù)


一，潮濕對電子元器件造成的危害

當(dāng)電子元器件朝著小型化和廉價(jià)化方向發(fā)展，塑料封裝就成為了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)做法。但潮濕氣體會透過封裝材料及元器件的接合面進(jìn)入到器件的內(nèi)部，一方面造成內(nèi)部電路氧化腐蝕短路，另一方面當(dāng)SMD器件吸濕度率達(dá)到0.1wt%時(shí)，在電子元器件組裝焊接過程中的高溫會使進(jìn)入IC內(nèi)部的潮濕氣體受熱膨脹產(chǎn)生足夠的壓力，使塑料從芯片或引腳框上的內(nèi)部分離(脫層)、線捆接損傷、芯片損傷、和不會延伸到元件表面的內(nèi)部裂紋等。甚至裂紋會延伸到元件的表面，最嚴(yán)重的情況就是元件鼓脹和爆裂，又稱為“爆米花”，這將導(dǎo)致返修甚至要廢棄該組裝件。更為重要的是那些看不見的、潛在的缺陷會溶入到產(chǎn)品中去。

非IC類電子元器件也會受到潮濕的危害。如印刷電路板吸濕度率達(dá)到0.2wt%時(shí)，也會導(dǎo)致裂紋和分層；繼電器的觸點(diǎn)受潮氧化，導(dǎo)致接觸不良；硅晶體氧化；其它諸如陶瓷器件、液晶器件、石英器件、光電器件、紅外與激光器件、連接線、接插件等等，都會受到潮濕的危害。

潮濕對電子元器件的危害，已成為一項(xiàng)非常嚴(yán)峻的事情，隨著潮濕敏感性元件使用的增加，諸如薄的密間距元件(fine-pitch device)和球柵陣列(BGA, ball grid array)，這個(gè)問題就越嚴(yán)重。

二，關(guān)于IPC-M-109標(biāo)準(zhǔn)

為確保潮濕氣體不進(jìn)入器件中，美國電子工業(yè)聯(lián)合會（IPC）和電子元件焊接工程協(xié)會（JEDEC）之間共同研究制定和發(fā)布了 IPC-M-109, 潮濕敏感性元件標(biāo)準(zhǔn)和指引手冊。`

IPC-M-109統(tǒng)一和修訂了兩個(gè)以前的標(biāo)準(zhǔn)：IPC-SM-786 和JEDEC-JESD-22-A112（這兩個(gè)文件現(xiàn)在都過時(shí)了）。新的標(biāo)準(zhǔn)包含有許多重要的增補(bǔ)與改動。

IPC-M-109包括以下七個(gè)文件，其中關(guān)于潮濕敏感元件防護(hù)的文件有：

（1），IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成電路(IC)SMD的潮濕/回流敏感性分類

該文件的作用是幫助制造廠商確定元器件對潮濕的敏感性，并列出了八種潮濕分級和車間壽命(floor life)。

潮濕敏感水平 SMD防濕包裝拆開后暴露的環(huán)境 車間壽命

1 級 暴露于小于或等于30°C/85% RH 沒有任何車間壽命

2 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 一年車間壽命

2a 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 四周車間壽命

3 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 168小時(shí)車間壽命

4 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 72小時(shí)車間壽命

5 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 48小時(shí)車間壽命

5a 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 24小時(shí)車間壽命

6 級 暴露于小于或等于30°C/60%RH 72小時(shí)車間壽命

(對于6級，元件使用之前必須經(jīng)過烘焙，并且必須在潮濕敏感注意標(biāo)貼上所規(guī)定的時(shí)間限定內(nèi)回流。)

增重(weight-gain)分析用來確定確定一個(gè)估計(jì)的車間壽命，而失重(weight-loss)分析用來確定需要用來去掉過多元件潮濕的干燥時(shí)間



（2），IPC/JEDEC J-STD-033 潮濕/回流敏感性SMD的處理、包裝、裝運(yùn)和使用標(biāo)準(zhǔn)

該文件提供處理、包裝、裝運(yùn)和干燥潮濕敏感性元件的推薦方法。

干燥包裝涉及將潮濕敏感性元件與去濕劑、濕度指示卡和潮濕敏感注意標(biāo)貼一起密封在防潮袋內(nèi)。標(biāo)貼含有有關(guān)特定溫度與濕度范圍內(nèi)的貨架壽命、包裝體的峰值溫度(220°C或235°C)、開袋之后的暴露時(shí)間、關(guān)于何時(shí)要求烘焙的詳細(xì)情況、烘焙程序、以及袋的密封日期。

潮濕敏感水平為1 級的，裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標(biāo)貼是不要求的，除非元件分類到235°C的回流溫度。

潮濕敏感水平為2 級的，裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是要求的、標(biāo)貼是要求的。

潮濕敏感水平為2a ~ 5a 級的，裝袋之前干燥是要求的，裝袋與去濕劑是要求的、標(biāo)貼是要求的。

潮濕敏感水平為6 級的。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標(biāo)貼是要求的。

IPC的干燥包裝之前的預(yù)烘焙推薦是：

包裝厚度小于或等于1.4mm：對于2a-5a 級別，125°C的烘焙時(shí)間范圍8~28小時(shí)，或150°C烘焙4-14小時(shí)。

包裝厚度小于或等于2.0mm：對于2a-5a 級別，125°C的烘焙時(shí)間范圍23-48小時(shí)，或150°C烘焙11-24小時(shí)。

包裝厚度小于或等于4.0mm：對于2a-5a 級別，125°C的烘焙時(shí)間范圍48小時(shí)，或150°C烘焙24小時(shí)。

IPC的車間壽命過期之后的后烘焙推薦是：

包裝厚度小于或等于1.4mm：對于2a ~5a 級別，125°C的烘焙時(shí)間范圍4~14小時(shí)，或40°C烘焙5~9天。

包裝厚度小于或等于2.0mm：對于2a ~5a 級別，125°C的烘焙時(shí)間范圍18~48小時(shí)，或40°C烘焙21~68天.

包裝厚度小于或等于4.0mm：對于2a ~5a 級別，125°C的烘焙時(shí)間范圍48小時(shí)，或40°C烘焙67或68天。

元件干燥使用常溫干燥箱去濕或烘焙兩種方法之一。

烘焙去濕

烘焙比比較復(fù)雜。基于潮濕敏感水平級別不同和包裝厚度的不同，有一些干燥包裝前的預(yù)焙的推薦方法。但指出烘焙溫度可能造成引腳氧化或引起過多的金屬間增生(intermetallic growth)從而降低引腳的可焊接性。并不要將元件存儲在烘焙溫度下的爐子內(nèi)。

常溫干燥箱去濕：

對于潮濕敏感水平為2-4級的防濕包裝拆開后的SMD，如暴露在小于或等于30°C/60% RH環(huán)境下，將其放入濕度為10%RH的常溫干燥箱中，經(jīng)過暴露時(shí)間 X 5倍的除濕保管時(shí)間，可以恢復(fù)原來的車間壽命。

對于潮濕敏感水平為5-5a級的防濕包裝拆開后的SMD，如暴露在小于或等于30°C/60% RH環(huán)境下，將其放入濕度為10%RH的常溫干燥箱中，經(jīng)過暴露時(shí)間 X 10倍的除濕保管時(shí)間，可以恢復(fù)原來的車間壽命

（3），IPC-9503 非IC元件的潮濕敏感性分類

該文件的作用是幫助制造廠商確定非IC元件的電子元器件對潮濕的敏感性和防護(hù)要求。

三，結(jié)論

IPC-M-109為電子制造廠商潮濕對電子元器件的危害問題提供了標(biāo)準(zhǔn)和方法,只要認(rèn)真貫徹執(zhí)行，可將有效地將潮濕對電子元器件的危害降到最低程度。