01潮湿敏感器件的失效机理

随着电子产品组装的高密度化，BGA、CSP等塑料封装器件的应用愈来愈广泛，这些塑封器件受潮后，在回流焊接工序产生的封装裂纹、甚至分层会严重影响组装质量和生产效率，认识这些器件潮敏特性并正确操作就非常重要。

潮湿敏感器件MSD（Moisture Sensitive Device）指的是采用塑料密封或由其他潮湿可渗透性封装材料制成的器件。

来自潮湿空气中的湿气通过扩散作用渗入器件封装材料内部，首先凝聚在不同材料之间的接触面上。当MSD暴露在回流焊接中的高温环境中时，聚集在元器件内部的潮气会迅速变成蒸汽，产生足够的蒸汽压力，在材料热膨胀系数不匹配的综合作用下，将导致器件内部封装产生裂纹甚至分层。在一些严重的情况下，裂纹会延伸到器件表面。内部压力引起器件鼓胀和发出“啪啪”的爆裂声，这就是通常所说的“爆米花”现象。无铅回流焊接的高温（>250℃)环境下，这种情况更加严重。图1给出了PBGA封装DIE ATTACH-载板界面分层的示意图。

图1  PBGA封装DIE ATTACH-载板界面分层示意图

02有关潮湿敏感元器件使用和管理的国际标准

MSD的分类、处理、包装、运输和使用的指南已经在工业标准IPC／JEDEC J—STD一020，IPC／JEDEC J—STD-033中有清楚的定义。《IPC/JEDEC J-STD-020非密封固态表面贴装器件湿度/回流焊敏感度分级》明确规定了非密封固态表面贴装器件（SMDs）潮湿敏感等级以及对潮湿敏感等级的试验、鉴定程序、失效标准和方法。该标准要求正确地封装、存储和处理SMDs，避免在组装回流焊接和/或返修过程中带来的热损伤、机械损伤和可靠性问题。

《IPC／JEDEC J—STD一033潮湿/回流焊敏感元器件的处理、包装、运送及使用规范》描述了潮湿/回流焊敏感的器件在处理、包装、运送及使用过程中，避免器件失效的方法、敏感度的分级及车间寿命。此规范的方法能够避免生产中因暴露、吸潮而导致在回流焊接过程中元器件的损伤和可靠性下降。

03潮湿敏感器件烘烤的必要性

潮敏器件的烘烤从时间和费用都是一个负担。因此判断受潮器件是否一定需要烘烤就非常有意义。

一般塑封器件吸潮至饱和重量变化在0.3%-0.4%左右。1990年最早出版的IPC-SM-786标准中提出吸水0.11%作为危险域值。事实上潮湿敏感器件有两个重要的水汽域值。一个是分层域值，既水汽吸收到一定的量，回流焊接时即会出现器件内部分层；当吸水量继续增加，就可能导致回流焊接过程中产生爆裂，该域值为爆裂域值。若器件吸水超过爆裂域值，由于危害极大，因此无论器件或产品是否功能失效，都应视为失效。对于分层域值，在功能正常情况下是否应按照失效处理则取决于器件设计和分层位置。如果在芯片表面或第二焊点位置出现分层，一般应按照失效处理；芯片焊盘（die pad）分层，若芯片焊盘上无丝焊点，则一般可以接受；粘接层（die attachment）分层，若粘接层无导电功能和散热功能，一般也可以接受。

要判断受潮器件是否可以安全使用，可以采用如下两种方法分析：

方法1：称重法

不同器件吸潮的分层域值和爆裂域值不同，但同一厂家的同一器件除非材料和结构有明显变化，否则域值基本是不变的。可以通过前期的吸潮和再流试验事先定出器件的分层和爆裂水汽含量域值，当器件受潮或怀疑受潮时，只要通过称重法即可判断所吸收的水分是否仍然在安全的域值范围内。如超出安全范围，则必须进行烘烤。

方法2：超声扫描分析法

对受潮或怀疑受潮的器件直接进行1-3次回流试验（按照组装需要的实际曲线进行），回流后进行超声扫描，检测分析是否出现分层和爆裂。如器件仍然可以承受三次回流焊接无失效，则器件完全在安全规范之内，组装过程中承受的加热过程次数不受限制；如器件完全不能承受回流试验，则必须进行烘烤；否则需要根据器件实际能够承受的加热过程次数来控制器件的组装应用。必须指出，该方法适用于对受潮器件立刻进行组装或立刻封入干燥包装中，若希望了解受潮器件还有多少安全环境存放时间，则需要设计更复杂的试验方案。

04组装过程导致潮敏器件失效的常见原因

1)   原始来料烘干不足，或包装漏气；

2)   器件拆封后在环境条件下暴露时间超出环境储存时间的规定；

3)   器件拆封后由于种种原因未用完，未及时封入干燥包装且重新组装时未做烘干处理；

4)   由于产品板上其它类型器件的限制，导致回流曲线超出器件能够耐受的温度范围；

5)   返修或返工时，未对相应器件进行烘干处理；

6)   器件拆封后在环境条件下暴露时间虽然未超出存储时间的规定，但环境条件明显劣于规定的环境条件。