湿度与封装

发表时间: 2007-1-21 14:31    作者: 9890501    来源: 半导体技术天地

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　湿度总是困扰在电子系统背后的一个难题。不管是在空气流通的热带区域中，在潮湿的热带区域中运输，直接浸在溢出液体中接触或无数潜在的灾难中，潮湿都是显著增加电子工业开支的原因。基于此原因，电子制造商们必须为预防潜在灾难支付高昂的开支。 　　在传统的半导体封装中，明智的材料选择、仔细控制的组装环境、创新的操作系统、和在运输中放置在密封包装中的干燥剂等措施已经把潮湿问题保持到最小。然而，很多用于封装衬底或封装密封剂的塑料化合物和有机材料依然能被透过，从而使潮气进入。今天，随着军用的高可靠性产品，宇航和灵敏度高的工业应用，加上涉及到高温下的无铅工艺日益成熟，都促使半导体封装供应商和他们的顾客重新考虑湿度控制。 　　吸收到内部的潮气是半导体封装最大的问题。当其固定到PCB板上时，回流快速加热将在内部形成压力。这种高速膨胀，与不同封装结构材料的热膨胀系数（CTE）速率不同，可能产生封装所不能承受的压力。尽管现在，进行回流操作时，在180℃ ~200℃时少量的湿度是可以接受的。然而，在230℃ ~260℃的范围中的无铅工艺里，任何湿度的存在都能够形成足够导致破坏封装的小爆炸（爆米花状）或材料分层。 　　一些工业协会和某些公司已经提升了对湿度危害的认识，并已经开始开发专用的工业指导方针来控制电子制造中的湿度。1999年， Association Connecting Electronics (IPC)和Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC)一起发布了J-STD-033A — 操作、包装、运送、和使用湿度/回流敏感SMD的标准。2002年，该标准经过修订包括了烘烤工艺和干法储藏的部分。这些文件的内容提供了操作、干法包装和储藏、烘烤和在封装到达之前跟踪控制湿度吸收的部分。 　　根据联盟的意见，“在回流中失效的风险直接与界面的湿度有关，这个界面靠近封装的中心。”既然最大的可以接受的湿度和湿度扩散的速率根据封装而改变，每个新器件就必须基于其“在一个标准的生产环境中需要多久来吸收到一个临界水平的湿度”被分类。即便是经验丰富的从业者也常常被湿度的问题所困惑，因为在预无铅阶段很少碰到更低的工艺温度。然而，随着对无铅工艺的了解，半导体封装专业人士将会仔细查阅近期的相关标准。 红色和黄色区域显示BGA在回流工艺中由于湿度原因而过度膨胀所导致的分层/裂纹。（来源：Sonoscan Inc.） 　　“湿度灵敏度是一个老问题，而最近却成为制造业和可靠性的关注焦点，”Francois Monette，Cogiscan 公司说，“新的封装和互连技术的快速增殖，如倒装芯片，已经显著的增加了高度湿度敏感的部件（MSI 4和更高）的数目，这需要特殊的操作，储藏和跟踪过程。 　　依据IPC/JEDEC联合制定的标准， Surface Mount Technology Association为了提高电子元件中的湿度控制而组建了它们的湿度敏感器件（MSD）委员会。正如下游的半导体封装，PCB组装厂会成为控制回流工艺的前沿，而且必须和供应商紧密合作来保证无湿度封装的运送。实际上，他们经常使用装备有射频标签的湿度跟踪系统、局部控制单元和专用软件来显示封装流水线，运输/操作及组装操作中的湿度。 　　封装中的湿度等级，加上提升的无铅工艺回流温度和半导体封装中的不同材料，会引起严重的问题，在安装封装到PCB板上时必须予以考虑。也要记住的是，在双面组装线中，一些封装会经过两次回流工艺。当以下的工业指导方针能控制湿度时，为什么要冒受潮的封装的失效风险？若需要更多有关电子制造中的湿度控制的信息，请访问www.ipc.org 或www.smta.org/msd/msd.cfm。