01潮濕敏感器件的失效機(jī)理

隨著電子產(chǎn)品組裝的高密度化，BGA、CSP等塑料封裝器件的應(yīng)用愈來愈廣泛，這些塑封器件受潮后，在回流焊接工序產(chǎn)生的封裝裂紋、甚至分層會嚴(yán)重影響組裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率，認(rèn)識這些器件潮敏特性并正確操作就非常重要。

潮濕敏感器件MSD（Moisture Sensitive Device）指的是采用塑料密封或由其他潮濕可滲透性封裝材料制成的器件。

來自潮濕空氣中的濕氣通過擴(kuò)散作用滲入器件封裝材料內(nèi)部，首先凝聚在不同材料之間的接觸面上。當(dāng)MSD暴露在回流焊接中的高溫環(huán)境中時，聚集在元器件內(nèi)部的潮氣會迅速變成蒸汽，產(chǎn)生足夠的蒸汽壓力，在材料熱膨脹系數(shù)不匹配的綜合作用下，將導(dǎo)致器件內(nèi)部封裝產(chǎn)生裂紋甚至分層。在一些嚴(yán)重的情況下，裂紋會延伸到器件表面。內(nèi)部壓力引起器件鼓脹和發(fā)出“啪啪”的爆裂聲，這就是通常所說的“爆米花”現(xiàn)象。無鉛回流焊接的高溫（>250℃)環(huán)境下，這種情況更加嚴(yán)重。圖1給出了PBGA封裝DIE ATTACH-載板界面分層的示意圖。

圖1  PBGA封裝DIE ATTACH-載板界面分層示意圖

02有關(guān)潮濕敏感元器件使用和管理的國際標(biāo)準(zhǔn)

MSD的分類、處理、包裝、運輸和使用的指南已經(jīng)在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC／JEDEC J—STD一020，IPC／JEDEC J—STD-033中有清楚的定義。《IPC/JEDEC J-STD-020非密封固態(tài)表面貼裝器件濕度/回流焊敏感度分級》明確規(guī)定了非密封固態(tài)表面貼裝器件（SMDs）潮濕敏感等級以及對潮濕敏感等級的試驗、鑒定程序、失效標(biāo)準(zhǔn)和方法。該標(biāo)準(zhǔn)要求正確地封裝、存儲和處理SMDs，避免在組裝回流焊接和/或返修過程中帶來的熱損傷、機(jī)械損傷和可靠性問題。

《IPC／JEDEC J—STD一033潮濕/回流焊敏感元器件的處理、包裝、運送及使用規(guī)范》描述了潮濕/回流焊敏感的器件在處理、包裝、運送及使用過程中，避免器件失效的方法、敏感度的分級及車間壽命。此規(guī)范的方法能夠避免生產(chǎn)中因暴露、吸潮而導(dǎo)致在回流焊接過程中元器件的損傷和可靠性下降。

03潮濕敏感器件烘烤的必要性

潮敏器件的烘烤從時間和費用都是一個負(fù)擔(dān)。因此判斷受潮器件是否一定需要烘烤就非常有意義。

一般塑封器件吸潮至飽和重量變化在0.3%-0.4%左右。1990年最早出版的IPC-SM-786標(biāo)準(zhǔn)中提出吸水0.11%作為危險域值。事實上潮濕敏感器件有兩個重要的水汽域值。一個是分層域值，既水汽吸收到一定的量，回流焊接時即會出現(xiàn)器件內(nèi)部分層；當(dāng)吸水量繼續(xù)增加，就可能導(dǎo)致回流焊接過程中產(chǎn)生爆裂，該域值為爆裂域值。若器件吸水超過爆裂域值，由于危害極大，因此無論器件或產(chǎn)品是否功能失效，都應(yīng)視為失效。對于分層域值，在功能正常情況下是否應(yīng)按照失效處理則取決于器件設(shè)計和分層位置。如果在芯片表面或第二焊點位置出現(xiàn)分層，一般應(yīng)按照失效處理；芯片焊盤（die pad）分層，若芯片焊盤上無絲焊點，則一般可以接受；粘接層（die attachment）分層，若粘接層無導(dǎo)電功能和散熱功能，一般也可以接受。

要判斷受潮器件是否可以安全使用，可以采用如下兩種方法分析：

方法1：稱重法

不同器件吸潮的分層域值和爆裂域值不同，但同一廠家的同一器件除非材料和結(jié)構(gòu)有明顯變化，否則域值基本是不變的。可以通過前期的吸潮和再流試驗事先定出器件的分層和爆裂水汽含量域值，當(dāng)器件受潮或懷疑受潮時，只要通過稱重法即可判斷所吸收的水分是否仍然在安全的域值范圍內(nèi)。如超出安全范圍，則必須進(jìn)行烘烤。

方法2：超聲掃描分析法

對受潮或懷疑受潮的器件直接進(jìn)行1-3次回流試驗（按照組裝需要的實際曲線進(jìn)行），回流后進(jìn)行超聲掃描，檢測分析是否出現(xiàn)分層和爆裂。如器件仍然可以承受三次回流焊接無失效，則器件完全在安全規(guī)范之內(nèi)，組裝過程中承受的加熱過程次數(shù)不受限制；如器件完全不能承受回流試驗，則必須進(jìn)行烘烤；否則需要根據(jù)器件實際能夠承受的加熱過程次數(shù)來控制器件的組裝應(yīng)用。必須指出，該方法適用于對受潮器件立刻進(jìn)行組裝或立刻封入干燥包裝中，若希望了解受潮器件還有多少安全環(huán)境存放時間，則需要設(shè)計更復(fù)雜的試驗方案。

04組裝過程導(dǎo)致潮敏器件失效的常見原因

1)   原始來料烘干不足，或包裝漏氣；

2)   器件拆封后在環(huán)境條件下暴露時間超出環(huán)境儲存時間的規(guī)定；

3)   器件拆封后由于種種原因未用完，未及時封入干燥包裝且重新組裝時未做烘干處理；

4)   由于產(chǎn)品板上其它類型器件的限制，導(dǎo)致回流曲線超出器件能夠耐受的溫度范圍；

5)   返修或返工時，未對相應(yīng)器件進(jìn)行烘干處理；

6)   器件拆封后在環(huán)境條件下暴露時間雖然未超出存儲時間的規(guī)定，但環(huán)境條件明顯劣于規(guī)定的環(huán)境條件。