MSD培训教材

潮敏器件（MSD）控制技术—培训教材一、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。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。二、MSD发展趋势第三，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。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。三、湿度敏感危害产品可靠性的原理BGA封装结构三、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。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。典型失效案例四、MSD标准引用标准序号编号名称1J-STD-020CMoisture/ReflowSensitivityClassificationforPlasticIntegratedCircuitSurfaceMountDevices2J-STD-033BStandardforHandling,Packing,Shipping,andUseofMoisture/ReflowSensitiveSurfaceMountDevices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）。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200℃，可不在MSD控制范围内。五、术语和定义PSMD（PlasticSurfaceMountDevice）：塑料封装表面安装器件。MSL（MoistureSensitiveLevel）：潮湿敏感等级。指MSD对潮湿环境的敏感程度。MBB（MoistureBarrierBag）：防潮包装袋。MBB要求满足相应指标的抑制潮气渗透能力。仓储寿命（ShelfLife）：指干燥包装的潮湿敏感器件能够储存在没有打开的内部环境湿度符合要求的防潮包装袋中的最短时间。车间寿命（FloorLife）：指湿度敏感器件从防潮包装袋中取出或干燥储存或干燥烘烤后到过回流焊接前的时间。五、术语和定义五、术语和定义制造商曝露时间（MET）：制造商烘烤完成至烤箱取出，到器件到达最终用户之前可能暴露到大气环境条件的最大累积时间。干燥剂：一种能够保持相对低的湿度的吸收剂。六、MSD敏感等级定义根据JEDECJ-STD-020C潮湿敏感器件分级标准要求，MSL定义如表1：潮湿敏感等级（MSL）车间寿命要求（FloorLife）时间环境条件1无限制≤30℃/85%RH21年≤30℃/60%RH2a4周≤30℃/60%RH3168小时≤30℃/60%RH472小时≤30℃/60%RH548小时≤30℃/60%RH5a24小时≤30℃/60%RH6使用前必须进行烘烤，并在警告标签规定的时间内焊接完毕。≤30℃/60%RH七、MSD包装技术要求1、MSD干燥包装要求MSD干燥包装由密封在防潮包装袋（MBB）中的干燥剂材料、湿度指示卡（HIC）和潮敏标签等组成。不同MSL的MSD干燥包装有详细要求，具体见表2：敏感等级包装前干燥指示卡干燥剂湿度敏感识别标签警示标签1可选可选可选不要求不要求（按220~225℃分级）要求（不按220~225℃分级）2可选要求要求要求要求2a-5a要求要求要求要求要求6可选可选可选要求要求七、MSD包装技术要求典型MSD干燥包装组成原理见图1：七、MSD包装技术要求2、MSD包装材料要求防潮包装袋（MBB）应满足MIL-PRF-81705，并要求具有弹性，ESD防护，抗机械强度以及防戳穿，袋子应可以加热密封，水蒸气透过率应小于0.002gm/in2（在40℃，按“E”ASTMF392的条件的24小时内弯曲试验）。七、MSD包装技术要求干燥剂材料干燥剂材料要求满足MIL-D-3464TypeⅡ标准，有维持≤5%RH的吸潮能力。干燥剂材料具有无尘、非腐蚀性和满足规定吸潮能力要求等特点。干燥剂材料包装在潮气可穿透干燥袋（通常为高密度聚乙烯材料）中，干燥袋定义材料的吸潮能力，与材料体积无关。可维持≤5%RH吸潮能力要求的干燥剂材料在≤30℃/60%RH环境条件中暴露时间不超过30分钟，认为是活性干燥剂（可直接使用）。干燥剂重新激活后的吸潮能力要求达到其原始能力的80%。除非有重新激活措施保证，干燥剂材料不允许重复使用。七、MSD包装技术要求常用干燥剂材料参数见表3干燥剂材料吸潮能力重激活条件单位用量干燥剂能否重复使用活性粘土好118℃33g可以硅胶好118℃28g可以分子筛极好500℃32g不可以七、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%RH3个色彩指示点，HIC通常由包含氯化钴（CobaltChloride）溶剂的吸水纸组成，其外形要求如图2所示。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%RH5%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）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JEDECJEP113标准。MSIL（Moisture-sensitiveIdentifyLabel），潮敏识别标签，其要求见图3：七、MSD包装技术要求Moisture-sensitiveCautionLabel，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。七、MSD包装技术要求八、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。八、MSD操作要求MSD车间寿命降额要求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：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PQFPs＞84PinsPLCCs所有的MQFPs或所有的BGA＞1mm2a∞∞∞∞∞∞∞∞9412416723144607810332415369263342571628364771014195710134681035℃30℃25℃20℃3∞∞∞∞∞∞∞∞81013177911146810136791267912457103468345735℃30℃25℃20℃4∞∞∞∞35683457345724572357234623351234123435℃30℃25℃20℃5∞∞∞∞24572357234622451235123412231123112335℃30℃25℃20℃5a∞∞∞∞12351124112311231123112211221122111235℃30℃25℃20℃2.1mm~3.1mm包括PLCCs（矩形）18-32PinsSOICs（宽体）SOICs≥20PinsPQFPs≤80Pins2a∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞5886148∞303951692228374934682345123435℃30℃25℃20℃3∞∞∞∞∞∞∞∞1219253291215197912156810135791223572235123435℃30℃25℃20℃4∞∞∞∞579114579345734562346234512341223112335℃30℃25℃20℃5∞∞∞∞34562345233522342234123411231113111235℃30℃25℃20℃5a∞∞∞∞12231122112211221122112211120.50.5120.50.51135℃30℃25℃20℃＜2.1mm包括SOICs＜18Pins所有TQFPs，TSOPs或所有BGAs＜1mm2a∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞1728∞∞11220.51120.511135℃30℃25℃20℃3∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞811142057101311220.51120.511135℃30℃25℃20℃4∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞79121745793457234611220.51120.511135℃30℃25℃20℃∞∞∞∞∞∞∞∞7131826356823462235123411220.51120.511135℃30℃25℃20℃5a∞∞∞∞71013182356123411231122112211120.51120.511135℃30℃25℃20℃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（