MSD控制技术培训教材

1、 潮敏器件（MSD）控制技术 培训教材第1页，共48页。一、概述二、MSD发展趋势三、湿度敏感危害产品可靠性的原理 四、MSD标准五、术语和定义六、MSD敏感等级定义七、MSD包装技术要求八、MSD操作要求九、MSD使用及注意事项第2页，共48页。一、概述二、MSD发展趋势三、湿度敏感危害产品可靠性的原理 四、MSD标准五、术语和定义六、MSD敏感等级定义七、MSD包装技术要求八、MSD操作要求九、MSD使用及注意事项第3页，共48页。 湿度敏感器件（MSD）对SMT生产直通率和产品的可靠性的影响不亚于ESD，所以需要认识MSD的重要性，深入了解MSD的损害机理，学习相关标准，通过规范化MSD

2、的过程控制方法，避免由于吸湿造成在回流焊接过程中的元器件损坏来降低由此造成的产品不良率，提高产品的可靠性。一、概述第4页，共48页。二、MSD发展趋势 电子制造行业的发展趋势使得MSD问题迫在眉睫。 第一、新兴信息技术的产生和发展，对电子产品可靠性提出了更高的要求。由于对单一器件缺陷率的要求，在装配检测过程中不允许有明显的缺陷漏检率。第5页，共48页。二、MSD发展趋势 第二，封装技术的不断变化导致湿度敏感器件和更高湿度等级的敏感器件的使用量在不断增加。比如：更短的发展周期、越来越小的封装尺寸、更细的间距、新型封装材料的使用、更大的发热量和尺寸更大的集成电路等。第6页，共48页。二、MSD发展

3、趋势 第三，面阵列封装器件（如：BGA ,CSP）使用数量的不断增加更明显的影响着这一状况。因为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。与IC托盘封装相比，卷带封装无疑延长了器件的曝露时间。第7页，共48页。二、MSD发展趋势 第四，贴装无铅化的不断推进，给MSD的等级造成重大影响。无铅合金的回流峰值温度更高，它可能使MSD的湿度敏感性至少升高1或2个等级，所以必须重新确认现在的所有器件的品质。 第8页，共48页。三、湿度敏感危害产品可靠性的原理 BGA封装结构第9页，共48页。三、湿度敏感危害产品可靠性的原理 在MSD暴露在大气中的过程中，大气中的水分会通过扩散渗透到

4、湿度敏感器件的封装材料内部。当器件经过贴片贴装到PCB上以后，要流到回流焊炉内进行回流焊接。在回流区，整个器件要在183度以上30-90s左右，最高温度可能在210-235度（SnPb共晶），无铅焊接的峰值会更高，在245度左右。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，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）。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。

5、第10页，共48页。4 潮气浸入的途径潮气可以从塑封材料、沿器件引脚框架浸入封装内第11页，共48页。 失效案例 键合点（BOND）因潮敏发生而抬起，就直接导致了器件引脚与晶片电路之间的开路，从而引起器件失效。 这种失效通过对器件引脚的I/V曲线测试就能发现，引脚一般表现为开路或时连时断。第12页，共48页。典型失效案例第13页，共48页。四、MSD标准引用标准序号编号名称1J-STD-020C Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Plastic Integrated Circuit Surface Mount Devices 2J-S

6、TD-033B Standard for Handling, Packing, Shipping, and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices 第14页，共48页。五、术语和定义塑封潮湿敏感器件（MSD）：由于塑料封装材料的非气密性，塑封器件在潮湿环境中容易吸收水汽。表面安装工艺（回流焊接）时，塑料封装体内吸收的水汽在高温条件下气化膨胀，引起器件封装分层或内部损坏等可靠性缺陷。具有该类吸潮特征的器件定义为潮湿敏感器件（MSD）。第15页，共48页。五、术语和定义MSD潮湿敏感特性的主要影响因素包括：a、封装因素：封装体厚

7、度和封装体体积；b、环境因素：环境温度和环境相对湿度；c、暴露时间的长短。备注：1)、MSD包括但不限于PSMD。任何潮气可渗透材料封装的表面安装工艺器件均为MSD。2)、PSMD潮湿敏感定义MSD在表面回流焊接工艺时的高温暴露要求。采用其它非回流焊接工艺进行安装的MSD，安装时如果器件封装体温度50032g不可以第25页，共48页。七、MSD包装技术要求湿度指示卡（HIC） 湿度指示卡要求满足MIL-I-8835标准 ，且最少包含5%RH、10%RH、60%RH 3个色彩指示点 ，HIC通常由包含氯化钴（Cobalt Chloride）溶剂的吸水纸组成，其外形要求如图2所示。 第26页，共4

8、8页。下表列出了常见的不同湿度对应于不同颜色 七、MSD包装技术要求2%RH 5%RH5%RH5%RH5%RH5%RH5%蓝色（干）蓝色（干）蓝色（干）蓝色（干）蓝色（干）蓝色（干）10%淡紫色淡紫色淡紫色淡紫色淡紫色淡紫色60%粉红色（湿）粉红色（湿）粉红色（湿）粉红色（湿）粉红色（湿）粉红色（湿）第27页，共48页。七、MSD包装技术要求潮湿敏感标签 潮敏识别标签（MSIL）和警告标签要求符合JEDEC JEP113标准。MSIL（Moisture-sensitive Identify Label），潮敏识别标签，其要求见图3：第28页，共48页。七、MSD包装技术要求 Moisture-

9、sensitive Caution Label，潮敏警告标签，其要求见图4。潮敏警告标签必须包含器件MSL、最高回流焊接温度、存储条件和时间、包装拆封后最长存放时间、受潮后的烘烤条件以及包装的密封日期等相关信息。第29页，共48页。七、MSD包装技术要求第30页，共48页。八、MSD操作要求 MSD包装储存环境条件/存储时间要求 MSD一般采用真空MBB密封包装。 密封MSD包装存储环境条件要求：40/90%RH。 密封MSD包装储存期限要求：2年（从MSD密封日期开始计算）。超存储期MSD在使用前必须进行干燥处理和器件引脚可焊性检测。第31页，共48页。八、MSD操作要求 MSD车间寿命降额

10、要求 MSD包装拆封后的一般要求在30/60%RH环境条件下存放，但公司存储条件可能不满足上述要求。因此，根据公司生产环境的实际情况，参考J-STD-033B标准，定义MSD车间寿命的降额要求，具体见表4：第32页，共48页。封装类型以及元件体厚度敏感度等级5%10%20%30%40%50%60%70%80%90%3.1mm包括PQFPs84PinsPLCCs所有的MQFPs或所有的BGA1mm2a941241672314460781033241536926334257162836477101419571013468103530252038101317791114681013679126791

11、24571034683457353025204356834573457245723572346233512341234353025205245723572346224512351234122311231123353025205a123511241123112311231122112211221112353025202.1mm3.1mm包括PLCCs（矩形）18-32PinsSOICs（宽体）SOICs20 PinsPQFPs80 Pins2a58861483039516922283749346823451234353025203121925329121519791215681013579122

12、357223512343530252045791145793457345623462345123412231123353025205345623452335223422341234112311131112353025205a12231122112211221122112211120.50.5120.50.511353025202.1mm包括SOICs18 Pins所有TQFPs，TSOPs或所有BGAs1mm2a172811220.51120.5111353025203811142057101311220.51120.511135302520479121745793457234611220.5

13、1120.5111353025207131826356823462235123411220.51120.5111353025205a71013182356123411231122112211120.51120.511135302520第33页，共48页。MSD干燥技术要求 MSD潮湿环境中暴露时，参考表6的要求可重新进行干燥处理。MSL 暴露时间 暴露环境条件 车间寿命干燥箱（5%RH）存放时间要求 烘烤要求仓储寿命恢复条件所有车间寿命 见表5 恢复无见表7干燥包装2、2a、3、412小时30/60%RH 恢复5倍已暴露时间 无无5、5a8小时 30/60%RH 恢复10倍已暴露时间 无无2、

14、2a、3 累积暴露时间车间寿命 30/60%RH 暂停任意时间 无无第34页，共48页。MSD干燥技术要求 长期暴露MSD的干燥要求 MSD如果暴露时间较长（不满足7.3.2节条件），可参考MSD烘烤条件（表7）进行重新干燥处理。重新干燥后MSD密封在有活性干燥剂包装的MBB中可恢复仓储寿命（Shelf Life）。 第35页，共48页。MSD干燥技术要求 短期暴露MSD的干燥要求 MSD在30/60%RH环境中暴露时间较短（见表5），可使用干燥箱（维持5%RH）存放的方法进行干燥处理，具体要求如下： a、2、2a、3、4 级MSD如果暴露时间不超过12小时，5倍已暴露时间的干燥箱存放可重新恢

15、复车间寿命。 b、5、5a 级MSD如果暴露时间不超过8小时，10倍已暴露时间的干燥箱存放可重新恢复车间寿命。 c、2、2a、3 级MSD如果累积暴露时间不超过车间寿命，干燥箱存放可停止已暴露时间的累计，进行a定义的时间干燥处理可重新恢复车间寿命。第36页，共48页。MSD干燥技术要求 MSD烘烤技术要求 2 级以上MSD，若超过包装拆封后存放条件及车间寿命要求，或密封包装下存放时间过长（见警告标签上密封日期及存放条件，如果湿度指示卡指示袋内湿度已达到或超过需要烘烤的湿度界限）或存放、运输器件造成密封袋破损、漏气使器件受潮，要求回流焊前必须进行烘烤。第37页，共48页。MSD干燥技术要求 对于

16、受潮MSD，一般可按照厂家原包装袋上警告标签中的烘烤条件进行烘烤。对于厂家没有相应要求的，推荐采用高温烘烤（125）的方法。如果MSD载体（如卷盘、托碟）不能承受125高温，建议使用高温载体进行替换。MSD载体替换过程中注意防止器件ESD损伤。一般MSD烘烤处理不建议使用低温烘烤条件。第38页，共48页。九、MSD使用及注意事项 MSD器件的技术认证要求 新器件认证必须确定其潮湿敏感等级，5a、6级器件禁止选用。第39页，共48页。九、MSD使用及注意事项 无铅焊接要求 采用无铅焊接温度（260 ）后器件的潮湿敏感等级会有改变，需要重新确定潮湿敏感等级。 第40页，共48页。九、MSD使用及注

17、意事项 MSD来料检验要求 IQC在来料检验时要确认MSD器件是否真空包装，如不是则需要判不合格进行退货。 第41页，共48页。九、MSD使用及注意事项 MSD拆封要求 对于MSL为2级以上（包括2级）的MSD，拆封时首先查看真空包装内湿度指示卡（HIC）显示的受潮程度：如果湿度指示卡指示袋内湿度已达到或超过需要烘烤的湿度界限，则需烘烤后再上SMT生产，否则可直接生产。第42页，共48页。九、MSD使用及注意事项 MSD发料要求1）对于需要拆包分料的潮湿敏感器件，要求在半小时内完成并重新干燥保存，（密封真空包装或置于的干燥箱中）；2）仓库发到SMT车间的2级以上（包括2级）的潮湿敏感器件，分料

18、后一律采用真空密封包装的方法发往车间,必须内含HIC卡和干燥剂。第43页，共48页。九、MSD使用及注意事项 MSD烘烤要求 对于超过车间寿命要求的MSD，SMT生产前必须先进行烘烤；高温（125）条件下的烘烤需要注意：确认某些载体（托盘式、管式、卷式）是否具有“耐高温”的能力（某些供应商会在内包装上标明“HEATPROOF”字样），否则需替换高温载体或采用低温（45）条件烘烤。此外，在高温或低温烘烤条件下，烘烤期间不得随意开关烘箱门，以保持烘箱内干燥环境。低温烘烤箱一定要采用相对湿度控制在5以下的专用低温烘箱，不能用高温烘箱降低温度使用，因为高温烘箱在低温时相对湿度无法满足规范要求。第44页，共48页。九、MSD使用及注意事项 MSD贴片要求 双面回流焊接工艺单板，设计时应充分考虑MSD贴片在第二次回流焊接表面的原则，保证单板上所有MSD的暴露时间在第二次回流焊接前不超过其规定车间寿命要求。 此外，贴片后MSD如采用波峰焊接，波峰焊接前也必须保证MSD不超过其规定车间寿命要求。 第45页，共48页。九、MSD使用及注意事项 MSD回流焊接要求 MSD在进行