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如何干燥MSD湿敏器件(解读最新版IPC/JEDECJ-STD-033C标准中对MSD烘烤条件规定）一、前言：众所周知，受潮的湿敏器件（以下简称“MSD”）在过回流焊高温作用下会发生压力损伤甚至爆米花现象；相比较直接可以发现的爆米花现象，压力微损伤的破坏力更大，这种隐形的损伤可以在成品一段时间后才会显现，它导致成品的可靠性或者寿命大幅降低，对于一个企业而言，声誉也会受到影响。所以通常做法都会将受潮的MSD干燥后再过回流焊，以避免发生品质或者可靠性受损问题。事实上，不正确的MSD干燥方式会带来更多麻烦，了解这些细节的人并不多。不正确的MSD干燥方式会导致干燥程度无法达至安全范围，从而无法避免受潮带来的损伤，甚至还会加速产品表面氧化，大幅降低可焊性，产生更多问题。所以认识并且重视IPC/JEDECJ-STD-033C标准中对MSD的干燥或者重置其车间寿命是非常重要。二、MSD的干燥方式：参照IPC/JEDECJ-STD-033C标准中对MSD湿敏器件的干燥方式主要有四种：1150℃高温烤干2125℃高温烤干340~90℃；≤5%RH中温超低湿烘干4常温超低湿干燥1.对于150℃的烤干方式而言，虽然耗时最短，但现在一般很少有用户会选用，因为这种干燥方式对器件的损伤是最大的，且氧化速度也是最快的。一般150℃是在半导体工厂包装前可能选用的烘烤条件，对于SMT企业并不推荐。2.对于125℃烤干的时间较短，一般可用于耐高温，同时又不容易发生氧化的MSD的干燥。按照不同的湿敏等级、芯片厚度及暴露情况，标准IPC/JEDECJ-STD-033C的第四部分做了详细的分类，（如下表一并列出了IPC/JEDECJ-STD-033C规定的常用的烘烤时间表。）125℃烤干（车间寿命重置）0~+5℃厚度＞1.4mm厚度＞1.4mm;≤2.0mm厚度＞2.0mm;≤4.5mm条件超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时25小时3小时18小时15小时48小时48小时2a7小时5小时21小时16小时48小时48小时39小时7小时27小时17小时48小时48小时411小时7小时34小时20小时48小时48小时512小时7小时40小时25小时48小时48小时5a16小时10小时48小时40小时48小时48小时*90℃~125℃的干燥过程会存在氧化并降低可焊性风险，此烘干最长时间不能超过96小时。表一考虑到125℃烤干过程会降低器件可焊性，同时由于100℃以上时器件内部吸收的水分会快速蒸发，对器件依旧存在潜在伤害，并不建议频繁采用。3.对于40~90℃；≤5%RH中温超低湿烘干的过程虽然要长于125℃烘烤方式，但其安全性是最高的，这一点在IPC/JEDECJ-STD-033C中就有明确指出，这种干燥条件对器件几乎没有损伤，且氧化情况也可以被忽略。同样所有不耐高温的MSD（如卷带料、管状料等）也需要在这样的条件下进行烘干，因此目前越来越多的SMT企业选择用中温超低湿方式来烘干MSD。（如下表二列出了IPC/JEDECJ-STD-033C规定的常用的烘烤温湿度和时间表。）90℃;≤5%RH烘干（车间寿命重置）温度精度0~+5℃厚度＞1.4mm厚度＞1.4mm;≤2.0mm厚度＞2.0mm;≤4.5mm条件超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时217小时11小时63小时2天10天7天2a23小时13小时3天2天10天7天333小时23小时4天2天10天8天437小时23小时5天3天10天10天541小时24小时6天4天10天10天5a54小时24小时8天6天10天10天40℃;≤5%RH烘干（车间寿命重置）温度精度0~+5℃厚度＞1.4mm厚度＞1.4mm;≤2.0mm厚度＞2.0mm;≤4.5mm条件超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时超过车间寿命＞72小时超过车间寿命≤72小时28天5天25天20天79天67天2a9天7天29天22天79天67天313天9天37天23天79天67天415天9天47天28天79天67天517天10天57天35天79天67天5a22天10天79天56天79天67天*以上干燥时间是按最严重的情况所测定，一般情况可适当缩短对于SMT企业而言，40~90℃;≤5%RH中低温超低湿烘干条件及125℃高温烤干条件是最常用到的干燥条件，缺一不可。事实上，现今越来越多非耐热性MSD器件的出现及越来越高安全性的要求，IPC/JEDECJ-STD-033C版较之以前版本已经大幅增加了中低温超低湿烘干约定的内容。40~90℃烘烤的关键点是湿度必须符合≤5%RH以下要求，这点很容易被忽略。由于相对湿度会伴随温度的升高而降低，很多公司就将湿度控制忽略了，这是非常危险的。首先必须了解，在普通环境中，一台烘烤设备仅升高温度（100度），其内部湿度是无法做到5%RH以下的（图标三）。（即内部湿度是不可控的。）表二70℃22℃60%RH15%RH(t)TH图标三图表三显示普通烘箱内部的温湿度记录曲线示意图，可见温度上升确实会造成相对湿度的下降，但相对湿度下降曲线并非理想的与温度同步关系，当湿度低于15%RH时明显下降困难，（这点很大程度上与烘箱本体结构，控制方式，使用环境和温湿度调节范围有关。）（在温度40~90℃时，）湿度不能满足≤5%RH以下，就会出现干燥不充分、无法干燥甚至加湿风险。（见如下图标四）。（这种条件也达不到标准中对MSD车间寿命完全重置的要求。）IPC/JEDECJ-STD-033C湿敏器件放置条件及时间关系（天）可见相对湿度相同的情况下，温度越高，MSD器件的吸湿速度越快。所以仅把烘烤设备内部温度升到40~90℃根本不能满足MSD器件的干燥要求，而且如果外界湿度较高时，氧化风险也会大幅增加。4.（IPC/JEDECJ-STD-033C给出了常温超低湿干燥方式），由于其干燥时间较长，所以一般用于短期暴露的车间寿命重置。如表五湿敏等级暴露时间、温湿度条件车间寿命干燥时间及关联湿度烘干2,2a,3,4,5,5a任意时间≤40℃；85%RH重置/干燥不适用中高温干燥2,2a,3,4,5,5a＞车间寿命≤30℃；60%RH重置/干燥不适用中高温干燥2,2a,3＞12小时≤30℃；60%RH重置/干燥不适用中高温干燥2,2a,3≤12小时≤30℃；60%RH重置/干燥5倍暴露时间≤10%RH不适用4,5,5a＞8小时≤30℃；60%RH重置/干燥不适用中高温干燥4,5,5a≤8小时≤30℃；60%RH重置/干燥10倍暴露时间≤5%RH不适用2,2a,3＜车间寿命≤30℃；60%RH停止计时/不再受潮任意时长≤10%RH不适用4,5,5a＜车间寿命≤30℃；60%RH停止计时/不再受潮任意时长≤5%RH不适用图标四对于常温超低湿干燥设备的要求是，2~3等级MSD为10%RH以下，4~5a等级的MSD为5%RH以下；在这样的条件下，如果MSD没有超过车间寿命就可以达到中止受潮甚至缓慢干燥的目的。很多用户并不理解没有超过车间寿命的MSD器件为何需要进行干燥，或者中止受潮。其实常温干燥方式，更多的是为了进一步降低MSD器件的受损率；诸如人为操作不当，干燥设备本身的波动及误差以及受潮MSD自身的潜在风险都可能造成湿敏损伤，有了常温干燥的双重保护，才能真正有效防止这样的可靠性问题出现。5.重置/干燥过程的波动及中断处理。在中温及常温烘干器件时，由于时间跨度比较长，难免出现温湿度的中断或者波动。这种情况可能是设备本身性能造成的波动，也可能是中间开门放取物料造成的干扰。按IPC/JEDECJ-STD-033C中标定，如果这样的波动在15分钟内恢复，可忽略，但如果超过15分钟，按照标准需要累加至器件的总干燥时间。实际生产工艺中，一般中温常温设备中放置的远不止一种器件，也不会在相同时间放入或者取出，如果经常出现波动恢复时间长于15分钟情况，会严重影响器件干燥的可操作性，所以对于烘烤设备而言，常规开关门及运行波动温湿度务必在15分钟内恢复。结束语：湿敏器件的管控可能对于整个生产工艺而言是很小一部分，但湿敏伤害却可以非常严重，大部分受到损伤的器件在出厂时未必会被发现，在其成品以后会严重影响成品的品质和可靠性。如果我们多一份关注，更重视一些，很多品质问题是可以避免的。关注湿敏器件的管控，就是关注企业的生存与发展。图标五