IPC-M-109与电子工业潮湿敏感元件的防护

                                 IPC-M-109与电子工业潮湿敏感元件的防护 

一,潮湿对电子元器件造成的危害
       当电子元器件朝着小型化和廉价化方向发展,塑料封装就成为了一项标准做法.但潮
湿气体会透过封装材料及元器件的接合面进入到器件的内部,一方面造成内部电路氧化腐蚀
短路,另一方面当SMD器件吸湿度率达到0.1wt%时,在电子元器件组装焊接过程中的高温
会使进入IC内部的潮湿气体受热膨胀产生足够的压力,使塑料从芯片或引脚框上的内部分
离(脱层),线捆接损伤,芯片损伤,和不会延伸到元件表面的内部裂纹等.甚至裂纹会延伸
到元件的表面,*严重的情况就是元件鼓胀和爆裂,又称为"爆米花",这将导致返修甚至
要废弃该组装件.更为重要的是那些看不见的,潜在的缺陷会溶入到产品中去. 

     非IC类电子元器件也会受到潮湿的危害.如印刷电路板吸湿度率达到0.2wt%时,也会
导致裂纹和分层;继电器的触点受潮氧化,导致接触**;硅晶体氧化;其它诸如陶瓷器件,
液晶器件,石英器件,光电器件,红外与激光器件,连接线,接插件等等,都会受到潮湿的
危害.
  潮湿对电子元器件的危害,已成为一项非常严峻的事情,随着潮湿敏感性元件使用的增
加,诸如薄的密间距元件(fine-pitch device)和球栅阵列(BGA, ball grid array),这个
问题就越严重. 

二,关于IPC-M-109标准
        为确保潮湿气体不进入器件中,美国电子工业联合会(IPC)和电子元件焊接工程协会
(JEDEC)之间共同研究制定和发布了 IPC-M-109, 潮湿敏感性元件标准和指引手册.`
IPC-M-109修订了两个以前的标准:IPC-SM-786 和JEDEC-JESD-22-A112(这两个文件
现在都过时了).新的标准包含有许多重要的增补与改动. 

IPC-M-109包括以下七个文件
     IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类
     IPC/JEDEC J-STD-033 潮湿/回流敏感性SMD的处理,包装,装运和使用标准
     IPC/JEDEC J-STD-035 非气密性封装元件的声学显微镜检查方法
     IPC-9501 用于评估电子元件(预处理的IC元件)的印刷线路板(PWB, printed wiring board)
的装配工艺过程的模拟方法
     IPC-9502 电子元件的PWB装配焊接工艺指南
     IPC-9503 非IC元件的潮湿敏感性分类
     IPC-9504 评估非IC元件(预处理的非IC元件)的装配工艺过程模拟方法
其中关于潮湿敏感元件防护的文件有:
(1)IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类该文件的作用是帮助制造厂商确定元器件对潮湿的敏感性,并列出了八种潮湿分级和车间寿命(floor life). 

潮湿敏感水平    SMD防湿包装拆开后暴露的环境 车间寿命 

   1 级 暴露于小于或等于30°C/85% RH       没有任何车间寿命
   2 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH       一年车间寿命
   2a 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH     四周车间寿命
   3 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH      168小时车间寿命
   4 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH       72小时车间寿命
   5 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH       48小时车间寿命
   5a 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH     24小时车间寿命
   6 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH        72小时车间寿命
    (对于6级,元件使用之前必须经过烘焙,并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限
定内回流.)
   增重(weight-gain)分析用来确定确定一个估计的车间寿命,而失重(weight-loss)分析用来确定需要用来去掉过多元件潮湿的干燥时间 

(2)IPC/JEDEC J-STD-033 潮湿/回流敏感性SMD的处理,包装,装运和使用标
准该文件提供处理,包装,装运和干燥潮湿敏感性元件的推荐方法. 
干燥包装涉及将潮湿敏感性元件与去湿剂,湿度指示卡和潮湿敏感注意标贴一起密封在
防潮袋内.标贴含有有关特定温度与湿度范围内的货架寿命,包装体的峰值温度(220°C或
235°C),开袋之后的暴露时间,关于何时要求烘焙的详细情况,烘焙程序,以及袋的密封日期. 

     1 级.装袋之前干燥是可选的,装袋与去湿剂是可选的,标贴是不要求的,除非元件
分类到235°C的回流温度.
     2 级.装袋之前干燥是可选的,装袋与去湿剂是要求的,标贴是要求的.
     2a ~ 5a 级.装袋之前干燥是要求的,装袋与去湿剂是要求的,标贴是要求的.
     6 级.装袋之前干燥是可选的,装袋与去湿剂是可选的,标贴是要求的. 

IPC的干燥包装之前的预烘焙推荐是:
      包装厚度小于或等于1.4mm:对于2a-5a 级别,125°C的烘焙时间范围8~28小时,或150°C烘焙4-14小时.
     包装厚度小于或等于2.0mm:对于2a-5a 级别,125°C的烘焙时间范围23-48小时,或150°C烘焙11-24小时.
     包装厚度小于或等于4.0mm:对于2a-5a 级别,125°C的烘焙时间范围48小时,或150°C烘焙24小时. 

IPC的车间寿命过期之后的后烘焙推荐是:
     包装厚度小于或等于1.4mm:对于2a ~5a 级别,125°C的烘焙时间范围4~14小时,或40°C烘焙5~9天.
     包装厚度小于或等于2.0mm:对于2a ~5a 级别,125°C的烘焙时间范围18~48小时,或40°C烘焙21~68天.
     包装厚度小于或等于4.0mm:对于2a ~5a 级别,125°C的烘焙时间范围48小时,或40°C烘焙67或68天. 

元件干燥使用常温干燥箱去湿或烘焙两种方法之一. 

A.烘焙去湿
      烘焙比较复杂.基于潮湿敏感水平级别不同和包装厚度的不同,有一些干燥包装前的
      预焙的推荐方法.但注意烘焙温度可能造成引脚氧化或引起过多的金属间增生
(intermetallic growth)从而降低引脚的可焊接性及加速元器件老化.并不要将元件存储在
烘焙温度下的炉子内.记住,高温托盘可以在125°C之下烘焙,而低温托盘不能高于40°C.
B.常温干燥箱去湿:
     对于潮湿敏感水平为2-4级的防湿包装拆开后的SMD,如暴露在小于或等于30°C/60%
RH环境下,将其放入湿度为10%RH的常温干燥箱中,经过暴露时间 X 5倍的除湿保管时间,
可以恢复原来的车间寿命.对于潮湿敏感水平为5-5a级的防湿包装拆开后的SMD,如暴露在小于或等于30°C/60% RH环境下,将其放入湿度为10%RH的常温干燥箱中,经过暴露时间 X 10倍的除湿保管时间,可以恢复原来的车间寿命 

      (3),IPC-9503 非IC元件的潮湿敏感性分类该文件的作用是帮助制造厂商确定非IC元件的电子元器件对潮湿的敏感性和防护要
求. 

三,结论
     IPC-M-109为电子制造厂商潮湿对电子元器件的危害问题提供了标准和方法,只要认真贯彻执行,可将有效地将潮湿对电子元器件的危害降到*低程度。