芯片贴片前烘烤注意事项

芯片有保质期吗?
 
第一个问题,存放好几年的芯片,为什么需要特别处理呢?是因为芯片有保质期吗?但是好像也不对,很多电子产品寿命也有个108年的,也没听说是因为IC芯片寿命到了。但是如果没有保质期,那为什么又会问存放久一点的芯片要特殊处理呢?
 
主要原因是因为,长期存放,周围环境中的湿气会通过包装材料渗透到包装内部,并在不同材料的表面聚结。在组装工艺中,SMD 元件贴装在 PCB 上时会经历超过 200℃,在焊接时,湿气的膨胀会造成一些列的焊接品质问题——比如爆米花现象。

所以说,芯片不支持长期存放,原因是因为受潮后高温容易坏,但是如果芯片已经贴在了板子上面送到了客户手中,即使芯片也会吸收空气中的湿气,但是少了焊接的高温这一步,也就没有这个问题了。
 
因此,如果说我们能确保芯片存储一直不会受潮,理论上芯片是没有保质期的。但是结合实际经验,不管用什么包装,时间久了,难免还是会受潮,所以我们会对芯片的年份有要求,就是担心存储不当,导致不良率变高。
 
那问题来了,芯片该如何存放呢 ?
 
湿敏等级MSL
 
IC一般属于湿敏元器件,不同的IC会有各自的湿敏等级,缩写为“MSL”,全称为“Moisture Sensitivity Levels”,不同的等级有不同的存储要求,总共分为8级,不同等级的器件拆分后有不同的存放条件,参考标准“J-STD-020E”如下表所示:

湿敏等级(MSL

拆封后到焊接时间要求

(车间寿命:floor life

拆封后存放条件

1

无要求 温度≤30 °C;湿度 ≤85%RH

2

1  

 

 

温度≤30 °C;湿度 ≤60%RH

2a

4

3

168小时

4

72小时

5

48小时

5a

24小时

6

使用前必须烘烤,并在标签规定的时间内过炉

 

湿敏元件的标示
 
湿敏元件的警示标签和湿敏等级一般会标注在防潮/防静电的外包装上面,如下图所示:

可以看到,器件的外包装一般会明确器件的湿敏等级,存储期限,拆封后焊接时间要求,还有烘烤要求。
 
下图给找了个实物样例

上面提到了湿度指示卡,这又是个什么东西呢?
 
湿度指示卡
 
我就直接把J-STD-033规范里面的湿度指示卡内容截出来了

为什么会有这个东西了,我的理解是,虽然外包装上面有存储时间要求,还有存储的温度和湿度要求,但是执行的时候并不会严格按照这个要求执行,而这些存储要求主要就是为了解决湿气对芯片的影响。芯片拆包的时候,也就是我们使用芯片的时候,我们根据这个指示卡就知道芯片实际到底有没有受潮。
 
另外,从上面规范截图可以看到,其已经规定了显示卡如果有变色的不同处理方式,什么情况下该烘烤,什么时候需要换干燥器,什么时候需要报废处理:
20%色圈变粉色:需要烘烤
10%色圈变粉色:需要烘烤
8%色圈变粉色:需要换干燥剂
如果色圈有被润湿扩散的现象,则报废处理。
 
我们贴片前经常要求厂家进行烘烤,那么烘烤的温度和时间是如何控制的呢?
 
烘烤
 
烘烤的温度和时间,是和器件的湿敏等级,还有器件的封装有关系,如下表,标准STD-033D给出的烘干参考条件如下:

 

 

封装本体

 

 

等级

125+10/-0℃)

5%条件下烘烤

90+10/-0℃)<5%条件下烘烤

0+5/-0℃)<5%条件下烘烤

超出现场寿命>72小时

超出现场寿命<72小时

超出现场寿命>72小时

超出现场寿命72小时

超出现场寿命>72小时

超出现场寿命

72小时

 
 
厚度
<0.5mm
2
不要求 不要求 不要求 不要求 不要求 不要求
2a 1小时 1小时 2小时
1小时
12小时
8小时
3 1小时 1小时 3小时
1小时
22小时
8小时
4 1小时 1小时 3小时
1小时
22小时
8小时
5 1小时 1小时 3小时
1小时
23小时
8小时
5a 1小时 1小时 4小时
1小时
26小时
8小时
 

厚度

0.5mm

小于0.8mm

2
不要求 不要求 不要求 不要求 不要求 不要求
2a
4小时 3小时 15小时 13小时 4 3
3
4小时 3小时 15小时 13小时 4 3
4
4小时 3小时 16小时 13小时 4 3
5
4小时 3小时 16小时 13小时 4 3
5a
4小时 3小时 16小时 13小时 4 3
 

厚度

0.8mm

小于1.4mm

2
不要求 不要求 不要求 不要求 不要求 不要求
2a
8小时 6小时
25小时
20小时 8 7
3
8小时 6小时
25小时
20小时 8 7
4
9小时 6小时
27小时
20小时 10 7
5
10小时 6小时
28小时
20小时 11 7
5a
11小时 6小时
30小时
20小时 12 7
 

厚度

1.4mm
小于2.0mm
2
18小时 15小时 63小时 2 25
20
2a
21小时 16小时 3 2 29
22
3
27小时 17小时 4 2 37
23
4
34小时 20小时 5
3
47
28
5
40小时 25小时 6
4
57
35
5a
48小时 40小时 8
6
79
56
 

厚度

2.0mm

小于4.5mm

2
48小时
48小时
10
7
79 67
2a
48小时
48小时
10
7
79 67
3
48小时
48小时
10
8
79 67
4
48小时
48小时
10
10
79 67
5
48小时
48小时
10
10
79 67
5a
48小时
48小时
10
10
79 67
特指BGA封装>17mm×17mm或者任何堆叠晶片封装
 
 2~5a
 

 

 

96h

根据封装本体厚度和潮湿等级,参考 以上要求

不适用

根据封装本体厚度和潮湿等级,参考 以上要求

不适用

根据封装本体厚度和潮湿等级,参考 以上要求

 

芯片烘烤是常规操作,那它有没有什么负面的影响呢?
 
烘烤会有氧化的问题
 
我们烘烤一般选择是高温烘烤,高温可能会导致端子氧化或者金属间化合物生长,如果氧化过度,可能会造成器件虚焊等问题。因此,基于可焊性的考虑,必须对烘烤温度和时间加以限制。如果供应商没有额外的说明,温度在90℃到125℃之间的累计烘烤 时间不应超过96小时。如果烘烤时间不超过90℃,则烘烤时间不受限制。如果没有咨询供应商,烘烤温度不允许超过125℃。
 
应该能明白,烘烤只能解决湿气受潮的问题,如果器件存储不当已经氧化,烘烤是不能去除氧化层的。
 
烘烤的注意事项
 
网上查了些资料/视频,烘烤还有一些其他的注意事项,比如芯片的包装是否能扛住烘烤的高温?
 
温度过高的话,托盘,管筒,卷带等材料也会释放出不明气体,会影响元器件的焊接。
托盘通常说可以在温度125℃的条件下烘烤,具体还是要看托盘上面标注的烘烤温度。低温的托盘,管筒,卷带,烘烤温度不能高于60℃。

 
其它的注意事项还有:
1、烘烤的时候,需要把外包装,纸,塑料袋,盒子都要拿掉
2、湿敏元器件烘烤不是无限次的,只允许烘烤2次,并且,烘烤完成后必须尽快使用,避免在环境中又潮湿了,所以最好在上线前烘烤。
3、元件在烘烤以后,环境特别干燥,最容易产生静电,需带好防静电手带和手套进行取放
 
小结
 
搞清楚上面这些内容之后,那么前面问题的处理方式就很清晰了:检查芯片的外包装是否完好,确认下芯片的MSL等级,拆封后检查芯片的湿度指示卡指示情况,按照前面的表格要求去做烘烤就问题不大了。
 

作者:极客石头

在搞事情的路上越走越远。

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