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來源：立泰電子 時間：2022/9/20 11:18:30 瀏覽：46
■潮濕敏感型元件定義
潮濕敏感型元件：簡稱為濕敏元件，英文簡稱MSD(moisture-sensitive device)，即指易受環境溫濕度及靜電影響的一類電子元器件。
■控制濕敏元件的必要性
大氣中的水分會通過擴散滲透到濕度敏感元件的封裝材料內部。當元件貼裝到PCB上以后，需要進行回流焊接。在回流區，整個元件要在183度以上烘烤30-90s左右，最高溫度可能在210-235度（Sn-Pb共晶），無鉛焊接的峰值會更高，在245度左右。在回流區的高溫作用下，元件內部的水分會快速膨脹，元件的不同材料之間的配合會失去調節，各種連接則會產生不良變化，從而導致元件剝離分層或者爆裂，于是元件的電氣性能受到影響或者破壞。破壞程度嚴重者，器件外觀變形、界面裂縫、更甚至出現“爆米花”現象等，但大多數情況下，肉眼看不出來，比如封裝內部分層、焊接脫落、焊線腐蝕等。
■濕敏元件受潮濕破壞原理
①在空氣中長時間曝露以后：水分會滲透到器件封裝材料內
②回流焊接開始：Temp ＜ 100℃，器件表面溫度漸增，水分慢慢聚集到結合部位
③隨著溫度的升高：Temp ＞ 100℃， 水分蒸發， 壓力突增， 導致剝離分層
■濕敏元件的控制適用范圍
①封裝類型
A、適于所有非氣密性(Non-Hermetic)SMD器件。包括塑料封裝、其他透水性聚合物封裝（環氧、有機硅樹脂等）。一般IC、芯片、電解電容、LED等都屬于非氣密性SMD器件。
B、氣密性SMD器件不屬于濕度敏感器件。
②工藝類型
A、適于采用IR(infrared)、Convection/IR、Convection、VPR(vapor phase reflow)的Bulk Reflow（對許多器件同時進行回流焊接）工藝過程；
B、不適于將整個器件浸在熔態錫里面的Bulk Reflow工藝過程，如波峰焊；
C、同時適于通過局部環境加熱來拆除或者焊接器件的工藝過程，如“熱風返工”；
D、不適于那些穿孔插入或者Socket固定的器件(Socketed Components)；
E、不適于點到點的焊接過程（僅僅加熱管腳來焊接）。在這種焊接過程中，整個器件吸收的熱量相對來講要小的多。
■濕敏元件等級測試流程
首先執行「初始電性測試」、「外觀檢查」、與「分層檢查」，確認待測物初始狀況（是否有脫層Delamination、裂痕Crack等），做為實驗后的數據比對。接著執行125℃「烘烤」24小時、再執行「吸濕」與「回焊Reflow」試驗。進行Reflow時，須特別小心是否會有爆米花效應（爆裂）。
1、初始電性測試 5、3次回流焊試驗
2、初始外觀檢查 6、最終外觀檢驗
3、初始分層檢查 7、最終分層檢驗
4、烘烤/吸濕 8、最終電性測試
■濕敏元件等級劃分及測試標準
1、等級劃分及吸濕要求
MSL等級 | 車間壽命 | 吸濕要求 | ||||
標準 | 加速 | |||||
時間 | 條件 | 時間(H) | 條件 | 時間(H) | 條件 | |
1 | 不限 | ≤30℃/85%RH | 168 | 85℃/85%RH | 無 | 無 |
2 | 1年 | ≤30℃/60%RH | 168 | 85℃/60%RH | 無 | 無 |
2a | 4周 | ≤30℃/60%RH | 696 | 30℃/60%RH | 120 | 60℃/60%RH |
3 | 168小時 | ≤30℃/60%RH | 192 | 30℃/60%RH | 40 | 60℃/60%RH |
4 | 72小時 | ≤30℃/60%RH | 96 | 30℃/60%RH | 20 | 60℃/60%RH |
5 | 48小時 | ≤30℃/60%RH | 72 | 30℃/60%RH | 15 | 60℃/60%RH |
5a | 24小時 | ≤30℃/60%RH | 48 | 30℃/60%RH | 10 | 60℃/60%RH |
6 | 標簽時間 | ≤30℃/60%RH | 標簽時間 | 30℃/60%RH | 無 | 無 |
備注 | ①所有塑封SMD器件都應有濕敏等級； ②無防潮等級標識的需按2a級防潮措施處理； ③濕敏等級6的元件使用前必須烘烤，且在潮濕警示標簽上要求的時間內完成回流焊； ④車間壽命：從將元件取出防潮袋到干燥儲存或烘干再到回流焊所允許的時間段。 ⑤不論哪個等級的元件（等級6除外），其密封干燥保存的壽命不能少于12個月，外部存儲環境為＜40℃/90%RH，大氣不能冷凝； ⑥等級2a-5a的吸濕時間有如下規定。按烘烤后暴露時間24小時限，若暴露小于24小時，則吸濕時間減少，標準條件下小于24小時的每1小時減少1小時，加速條件下小于24小時的每5小時減少1小時；若暴露大于24小時，則吸濕時間增加，標準條件下大于24小時的每1小時增加1小時，加速條件下大于24小時的每5小時增加1小時； ⑦加速吸濕要求的使用必須是在和標準吸濕要求建立對應的損傷響應的相關性（包括電氣）或者已知的擴散活化能為0.4-0.48eV才能使用。因為加速吸濕時間可能因材料特性（例如模塑料、密封劑等）而有所不同。擴散活化能確定方法參考JEDEC 文件 JESD22-A120。 | |||||
2、回流焊曲線分類
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 5℃ of 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 25℃ to Peak Temperature | 6 minutes max. | 8 minutes max. | ||
■濕敏元件的包裝要求
等級 | 包裝袋 | 干燥材料 | 濕度標識卡（HIC） | 警告標識 |
1 | 可選 | 可選 | 可選 | 可選 |
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 |
MBB：Moisture Barrier Bag，即防潮包裝袋，該包裝袋同時要具備ESD保護功能；
干燥材料：必須滿足MIL-D-3464 Class II標準的干燥材料；
HIC：Humidity Indicator Card，即防潮包裝袋內的滿足MIL-I-8835、MIL-P-116,Method II等標準要求的濕度指示卡。HIC指示包裝袋內的潮濕程度（一般HIC上有至少有3點色圈，分別代表不同的相對濕度值，例如下圖為環保6點色圈濕度指示卡，各色圈內原色為棕色，當某色圈內顏色由棕色變為天藍色時，表明袋內已達到或超過該色圈對應的相對濕度）；如果濕度指示卡指示袋內濕度已達到或超過需要烘烤的濕度界限（如果廠家未提供濕度界限值，一般按20%RH進行要求），需要對器件進行烘烤后再過回流焊。
干燥 | 受潮 |
|  |
備注：不同的HIC指示卡，顏色會有所不同，具體按HIC指示卡上的說明判定。 | |
警告標簽：Caution Label，即防潮包裝袋外含潮濕敏感標簽符號、潮濕敏感等級、存儲條件和拆封后最長存放時間、受潮后烘烤條件及包裝袋本身密封日期等信息的標簽，如圖
■濕敏元件的存儲要求
倉庫存儲（標準溫濕度情況下）濕敏元件，存儲須滿足以下兩條之一：
①、保持在有干燥材料的MBB密封包裝（真空或充氮氣包裝）狀態下存儲；
②、存儲在干燥柜內。
備注：
*MSD元件必須在使用或配料時才能打開包裝取出物料。8小時內剩余的物料需連同HIC及干燥材料進行真空密封或放置于干燥柜內；
*對于2級及以上的MSD元件，真空包裝拆包后，若不生產應立即存放于干燥柜內，干燥柜濕度需小于10%RH，或加入干燥材料抽取真空。若暴露時間超過使用壽命，必須進行烘烤。
■拆包后的存儲時間
等級 | 標準 | 降額1 | 降額2 |
1 | 無限制，≤85%RH | 無限制，≤85%RH | 無限制，≤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小時，≤30℃/70%RH | 36小時，≤30℃/85%RH |
4 | 72小時，≤30℃/60%RH | 36小時，≤30℃/70%RH | 18小時，≤30℃/85%RH |
5 | 48小時，≤30℃/60%RH | 24小時，≤30℃/70%RH | 12小時，≤30℃/85%RH |
5a | 24小時，≤30℃/60%RH | 12小時，≤30℃/70%RH | 8小時，≤30℃/85%RH |
6 | 使用前烘烤，烘烤后最大 存放時間按警告標簽要求 | 使用前烘烤，烘烤后在≤ 30t/70%RH條件下3小時 內完成回流焊 | 使用前烘烤，烘烤后在≤ 30℃/85%RH條件下2小時 內完成回流焊 |
備注：在高于85%RH的環境條件下，若暴露時間大于2小時，則所有2級以上（包括2級）的濕敏元件必須烘烤再進行回流焊。
■干燥柜存儲要求
根據IPC/JEDEC J-STD-033B要求，存放于干燥柜內元件需按照下表要求進行時間管理，不可無限存放。
干燥柜MSD元件儲存標準（天） | ||||
潮濕等級 | 5% | 10% | 20% | 溫度 |
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℃ | |
■濕敏元件的烘烤要求
1、MSD元件車間壽命超出要求以后進行烘烤的參考數據（烘烤以后：車間壽命從零開始計）
烘烤條件 | 125℃ | 90℃/≤5%RH | 40℃/≤5%RH | |||||
元件 厚度 | 等級 | 超出 ＞72小時 | 超出 ≤72小時 | 超出 ＞72小時 | 超出 ≤72小時 | 超出 ＞72小時 | 超出 ≤72小時 | |
≤1.4mm | 2 | 5小時 | 3小時 | 17小時 | 11小時 | 8天 | 5天 | |
2a | 7小時 | 5小時 | 23小時 | 13小時 | 9天 | 7天 | ||
3 | 9小時 | 7小時 | 33小時 | 23小時 | 13天 | 9天 | ||
4 | 11小時 | 7小時 | 37小時 | 23小時 | 15天 | 9天 | ||
5 | 12小時 | 7小時 | 41小時 | 24小時 | 17天 | 10天 | ||
5a | 16小時 | 10小時 | 54小時 | 24小時 | 22天 | 10天 | ||
＞1.4mm≤2.0mm | 2 | 18小時 | 15小時 | 63小時 | 2天 | 25天 | 20天 | |
2a | 21小時 | 16小時 | 3天 | 2天 | 29天 | 22天 | ||
3 | 27小時 | 17小時 | 4天 | 2天 | 37天 | 23天 | ||
4 | 34小時 | 20小時 | 5天 | 3天 | 47天 | 28天 | ||
5 | 40小時 | 25小時 | 6天 | 4天 | 57天 | 35天 | ||
5a | 48小時 | 40小時 | 8天 | 6天 | 79天 | 56天 | ||
＞2.0mm≤4.5mm | 2 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 7天 | 79天 | 67天 | |
2a | 48小時 | 48小時 | 10天 | 7天 | 79天 | 67天 | ||
3 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 8天 | 79天 | 67天 | ||
4 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 10天 | 79天 | 67天 | ||
5 | 48小時 | 48小時 | 10天 | 10天 | 79天 | 67天 | ||
5a | 48小時 | 48小時 | 10天 | 10天 | 79天 | 67天 | ||
回常溫時間 | 2小時 | 1小時 | 30分鐘 | |||||
2、需要再次密封保存的MSD元件烘烤的參考數據（烘烤后必須在24小時內完成密封儲存，相對環境濕度控制≤60%RH）
元件厚度 | 等級 | 125℃ | 150℃ |
≤1.4mm | 2 | 7小時 | 3小時 |
2a | 8小時 | 4小時 | |
3 | 16小時 | 8小時 | |
4 | 21小時 | 10小時 | |
5 | 24小時 | 12小時 | |
5a | 28小時 | 14小時 | |
＞1.4mm ≤2.0mm | 2 | 18小時 | 9小時 |
2a | 23小時 | 11小時 | |
3 | 43小時 | 21小時 | |
4 | 48小時 | 24小時 | |
5 | 48小時 | 24小時 | |
5a | 48小時 | 24小時 | |
＞2.0mm ≤4.5mm | 2 | 48小時 | 24小時 |
2a | 48小時 | 24小時 | |
3 | 48小時 | 24小時 | |
4 | 48小時 | 24小時 | |
5 | 48小時 | 24小時 | |
5a | 48小時 | 24小時 |
■參照標準
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)
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