潮湿敏感度等级

1、FOCUSED PHOTONICS INC 潮湿敏感度 对对J-STD-033B.1的解读的解读 尉尉 蔚蔚 硬件互连开发组硬件互连开发组 2008-3-25 Copyright 2005 FPI inc, all right 前言 1. MSD控制的必要性 2.什么是MSD 3. MSD危害原理 4. MSL细分 5. MSD标识 6. MSD储存和使用 7. MSD降额 8. MSD再干燥 9. MSD返修 理解性 操作性 SMD的到来引入了一个全新的可靠性质量问题因为回流焊 造成的裂缝和分层的封装损坏。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD控制的必要

2、性 q潮湿对可靠性带来的危害潮湿对可靠性带来的危害 电气短路 金属氧化 电化学腐蚀 MSD危害 MSD危害作用在焊接、包括维修的加热过程中。危害作用在焊接、包括维修的加热过程中。 重视并研究重视并研究MSD问题，对加工、运输、器件选型和仓库管理起指导问题，对加工、运输、器件选型和仓库管理起指导 作用。作用。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD控制的必要性 q技术的进步加深技术的进步加深MSD问题问题 面阵列封装器件(如：BGA ,CSP)使用数量的不断增加。面阵列封装 器件趋向于采用卷带封装，每盘卷带可以容纳非常多的器件，这延 长了器件的曝露时间。 贴装

3、无铅化。无铅合金的回流峰值温度更高，它可能使MSD的湿度 敏感性至少下降1或2个等级。 Copyright 2005 FPI inc, all right 什么是MSD qMSD (Moisture Sensitive Devices) 潮湿敏感器件 MSD主要指非气密性SMD器件。包括塑料封装、其他透水性聚合物 封装（环氧、有机硅树脂等）。一般IC、芯片、电解电容、 LED等 都属于非气密性SMD器件。 qMSL (Moisture Sensitivity Level) 潮湿敏感等级 MSD分级，等级越高，对湿度越敏感，也越容易受湿气损害。可分 为1、2、2a、3、4、5、5a、6，其中1级

4、器件不是MSD。 Copyright 2005 FPI inc, all right 什么是MSD qMSD封装材料封装材料 以陶瓷、金属材料封装的半导体组件的气密性较佳，成本较高，适用 于可靠性要求较高的使用场合。以塑料封装的半导体组件的气密性较 差，但是成本低，因此成为电视机、电话机、计算机、收音机等民用 品的主流。 我们现在使用的器件主要以氧环树脂为主。 PS: 选用什么材质的器件封装和基板材质有关。 Copyright 2005 FPI inc, all right 什么是MSD q常用术语常用术语 MBB: Moisture Barrier Bag 防潮袋 HIC: Humidity

5、 Indicator Card 潮湿指示卡 Floor life: MSD离开密封环境，暴露在空气中的时间 Shelf life: MSD器件能存放在干燥袋中的最小时间，从袋密封日期开 始，通常最小不低于12个月 参考文献：参考文献： J-STD-033B.1 January 2007 J-STD-020D June 2007 J-STD-033A year 2002 JET113 May 1999 Intel Packaging Technology J-STD-033: MSD的处理、包装、运输。 J-STD-020: MSL分类标准。 JEP113: MSD标签说明。 Copyright

6、 2005 FPI inc, all right MSD危害原理 在回流区，整个器件要在183度以上60-150s左右，最高温度在220- 235度（SnPb共晶）。 回流焊 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD危害原理 无铅焊接的峰值温度、预热温度更高，最高温度在无铅焊接的峰值温度、预热温度更高，最高温度在245-260度度。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD危害原理 q在回流区的高温作用下，器件内部的水分会快速膨胀，器件的不同 材料之间的配合会失去调节，各种连接则会产生不良变化，从而导 致器件剥离分层或者爆裂，

7、于是器件的电气性能受到影响或者破坏。 破坏程度严重者，器件外观变形、出现裂缝等（通常我们把这种现 象形象的称作“爆米花”现象）。 q像ESD破坏一样，大多数情况下，肉眼是看不出来这些变化的，而且 在测试过程中，MSD也不会表现为完全失效。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD危害原理 引线剥离 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD危害原理 封装分层破裂 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD危害原理 q 模塑料吸水性实验 Copyright 2005 FPI inc, all rig

8、ht MSD危害原理 q影响MSD的参数主要是器件材料和器件的几何尺寸，几何尺寸主要是 指厚度。 1. 厚度对器件潮湿敏感度的影响体现在两个方面： 1. 1. 厚度大（体积大）的器件温度升高慢，相对厚度小（体积小）厚度大（体积大）的器件温度升高慢，相对厚度小（体积小） 的器件来说危害时间短。的器件来说危害时间短。 2. 2. 湿气完全渗透厚度大的器件所需要的时间长，即其湿气完全渗透厚度大的器件所需要的时间长，即其Floor lifeFloor life 相对要长。相对要长。 2. 材料对器件潮湿敏感度的影响体现在透水性 Copyright 2005 FPI inc, all right MSL

9、细分 潮敏 等级 暴露在空气中的寿命 时间环境 1无限制 30/85%RH 2一年 30/60%RH 2a四周 30/60%RH 3168小时30/60%RH 472小时 30/60%RH 548小时 30/60%RH 5a24小时 30/60%RH 6标签上要求30/60%RH 注：潮敏等级注：潮敏等级6的器件每次使用前都要烘烤的器件每次使用前都要烘烤 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD标识 level1Level25aLevel6 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD标识 q干燥剂计算 U = (0.304 *

10、M * WVTR * A)/D U 干燥剂用量（单位） M 密封储藏时间（月） A MBB表面积（平方英寸） D 一单位干燥剂在10% RH、25时能吸收 水总量（克） 干燥剂干燥能力未知的情况下使用简化公式 U = 5 X 10-3 * A WVTR (Water Vapor Transmission Rate) 小于等于0.002克/100平方英寸（24 小时40 ） 根据托盘的吸湿性还要适当增加干燥剂 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD标识 q湿度指示卡的读法 如变粉红需烘烤 如变粉红需更换干燥剂 指示剂 超出测量范围请丢弃该卡 避免接触金属 相对

11、湿度 J-STD-033A Copyright 2005 FPI inc, all right MSD标识 q湿度指示卡的读法湿度指示卡的读法 等级2部分 60%不是蓝色时需 要烘烤 潮湿指示剂 当60%粉红色时， 不要将该卡放入袋中 等级2a-5a部分 10%不是蓝色且5% 粉红色时需要烘烤 相对湿度 J-STD-033B Copyright 2005 FPI inc, all right MSD标识 由于缺少规范，所以HIC的种类也有很多。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD储存和使用 q购买来器件应当检查标签，确定是否为MSD；MSD需检查包装是否

12、 密封，如有破损（无论有几层），应检查HIC是否变色。查看并记 录封口日期，作为Shelf Life的启始时间。 q不使用的MSD应当储存在密封的防潮袋或防潮箱内。 1. 推荐每次只取需要量的器件。 2. 即用即取，取出后迅速将防潮袋或防潮箱密封，减少MSD和干燥 剂在空气中暴露时间。 3. 推荐在托盘、包装上贴加标签（最好区别普通标签的颜色，如使 用黄色）做存取记录，跟踪管理。 q使用MSD前应检查其干燥程度，如有需要再做相应烘干处理。 干燥剂在密封MBB中典型有效时间为5年 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD储存和使用 潮湿敏感等级 包装袋 （Bag

13、） 干燥材料 （Desiccant） 潮湿显示卡 （HIC） 警告标签 （Warning Label） 1无要求无要求无要求无要求 2防潮包装袋要求要求要求 2a 5a防潮包装袋要求要求要求 6特殊防潮包装袋特殊干燥材料要求要求 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD储存和使用 q我司使用的我司使用的MSD器件器件 QFP Copyright 2005 FPI inc, all right MSD储存和使用 q图例图例 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD降额 环境温度和器件厚度影响Floor life Copyrigh

14、t 2005 FPI inc, all right MSD降额 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD降额 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD再干燥 q通常，物料从贴片机上拆下以后，在再次使用以前，会一直存放在 干燥的环境里，比如干燥箱，或者和干燥剂一起重新封装。很多组 装人员认为，在器件保存在干燥环境以后，可以停止统计器件的曝 露时间。事实上，一旦器件曝露相当长一段时间后（一小时以上）， 吸收的潮气将保留在包装内，向中央界面扩散 ，从而很可能对器件 造成破坏。 q最近的调查结果清晰的表明，器件在干燥环境下的时间与在环

15、境中 的曝露时间同样重要。有例子表明，湿度等级为5（正常的拆封寿 命为48小时）的PLCC器件，干燥保存70小时以后，实际上，仅仅 曝露16个小时，便超过了其致命湿度水平。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD再干燥 q干燥剂暴露干燥剂暴露30分钟内的还可以继续使用。分钟内的还可以继续使用。 q时间重置时间重置 对于原本干燥的器件，暴露在不超过30/60%，可以在室温下放回 MBB或干燥箱内，由干燥剂干燥。 MSL 2、2a、3: 对于暴露时间少于12小时的零件在干燥环境持续5倍 的时间，可以将Floor life重置为零。 MSL 4、5、5a:对于暴露

16、时间少于8小时的零件在干燥环境持续10倍的 时间，可以将Floor life重置为零。 烘干后的器件可以将烘干后的器件可以将Shelf life置零。置零。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD再干燥 默认表 Copyright 2005 FPI inc, all right 详表（考虑了Floor life） Copyright 2005 FPI inc, all right MSD再干燥 q烘干时应注意烘干时应注意 1. 一般装在高温料盘（如高温Tray盘）里面的器件都可以在 125温度下进行烘烤，除非厂商特殊注明了温度。Tray盘上面 一般注有最高烘

17、烤温度。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD再干燥 2. 装在低温料盘（如低温Tray盘、管筒、卷带）内的器件其烘烤 温度不能高于40，否则料盘会受到高温损坏。 3. 在125高温烘烤以前要把纸/塑料袋/盒拿掉。 4. 烘烤时注意ESD（静电敏感）保护，尤其烘烤以后，环境特别 干燥，最容易产生静电。 5. 烘烤期间，注意不能导致料盘释放出不明气体，否则会影响器 件的焊接性。 Copyright 2005 FPI inc, all right MSD再干燥 6. 烘烤时务必控制好温度和时间。 如果温度过高，或时间过长，很容易 使器件氧化，或着在器件内部接连处 产生金属间化合物，从而影响器件的 焊接性。除非有特殊说明，否则器件 在90-125条件下烘烤的累计时 间不超过96小时。 7. 烘烤期间一定要作好烘烤记录，以便控制好烘烤时间。 C