封裝濕敏零件烘烤常見問題整理

在工作熊的部落格文章裡有幾個問題經常被網友們詢問,其中一個是為什麼有些SMD的零件需要烘烤?濕敏等級(MSL)是什麼?與零件烘烤相關的問題,其實關於濕敏零件烘烤的文章工作熊也寫了不下三篇的文章,也許是文筆不夠好,解釋的不夠清楚,也或許是文章太過片段了,無法讓讀者明瞭濕敏零件烘烤的內容,所以工作熊特別整理了一些網友們常問到的一些關於這方面的問題並試著回答如下:








1. 零件重新烘烤的目的?

首先應該要先瞭解濕氣會對那些電子零件造成傷害?就工作熊的瞭解濕氣會對零件的焊腳產生氧化,造成銲錫性不良的後果;另外,濕氣如果進入封裝零件的內部,如IC封裝零件,當這些零件經過急速加熱的過程時,如Reflow,其內部的濕氣水分子會因為加熱而快速膨脹其體積,這時候如果濕氣無法有效的逸出封裝零件的內部,就會因為水分子體積的膨脹而從零件的內部撐開造成分層(de-lamination),甚至從零件的內側爆開形成爆米花(popcorn)…等後果。

如果零件的焊腳已經氧化,氧化基本上無法重新烘烤使其已經氧化的焊腳回到沒有氧化前的狀態,或許可以靠電鍍的方法重新處理。所以烘烤的最主要目的僅在去除封裝零件內部的濕氣,以避免零件流經回流焊(reflow)時產生分層或爆米花的問題。

2. 哪些零件需要重新烘烤?

就如同前述,烘烤的目的在去除零件內部的濕氣,以避免零件經過回流焊(reflow)時產生分層或爆米花的問題。所以原則上只要是採用封裝的零件(一般泛指IC零件),特別是需要通過回流焊(reflow)的封裝零件,只要有受潮的疑慮,都應該要重新烘烤。

至於手焊零件或是經過波峰焊(wave soldering)的封裝零件如果受潮是否也需要烘烤?在J-STD-033B文件中並沒有明確規定,雖然手焊及波峰焊作業比起回流焊加諸在零件本體的溫度低很多,但如果時間上允許的話,個人還是建議應該要比照J-STD-033B來烘烤受潮的封裝零件才比較妥當,畢竟其作業時的溫度還是遠遠超過水的沸點,還是有造成零件分層的機會。

3. 需要烘烤多久的時間?

封裝零件烘烤的時間可以參考J-STD-033B第四章節的乾燥條款,以及表格4-1、4-2、4-3來執行烘烤的時間與溫度控制。(延伸閱讀:JEDEC J-STD-033B第四章節-乾燥(中文翻譯)

表格4-1列出在使用者端的SMD封裝元件超出車間壽命或發生其他超出濕氣暴露時間情況下重新烘烤的條件。

格4-2列出供應商或批發商在乾燥包裝以前的烘烤條件,以及所允許的最大製造廠暴露時間(MET)。

表格4-3根據4.1條款歸納在使用者端重計或暫停車間壽命計時的條件 。

4. 卷帶包裝(reel)是否可以放進烤箱烘烤?

根據J-STD-033B章節4.2.1及4.2.2的規定,一般的濕敏零件的包裝都必須標示其包裝是否為可以承受125℃的高溫烘烤,或是無法承受超過40℃的低溫包裝。一般如果沒有標示就表示可以承受125℃的高溫烘烤。

如果包裝材料為低溫包裝,烘烤的時候就必須要移除所有的包裝,等烘烤完畢後再重新裝回原來的包裝。

不論是高溫或低溫包裝,烘烤前都必須把原本的紙類及塑膠容器(如紙板、泡泡袋、塑膠包裝…等)挑出來,管塞(rubber band)及tray盤帶在高溫(125℃)烘烤前也必須挑出來。

5. 為何有廠商宣稱其低濕乾燥箱可以防止濕敏零件的潮害影響,其作用何在?

根據J-STD-033B章節4.2.1.1及4.2.1.2的說明,濕敏等級(MSL) 2, 2a, 3 的元件曝露於車間的時間如果小於12 小時,且放置於≦30°C/60%RH 環境下,只要將其放置於10%RH以下的乾燥包裝或是乾燥櫃內,經過5倍暴露於大氣的時間,不需經過烘烤即可重計零件的車間時間(Floor life)。

另外,MSL 4, 5, 5a 元件曝露於車間的時間如果小於 8 小時,且放置於≦30°C/60%RH 環境下,只要將其放置於5%RH以下的乾燥包裝或是乾燥櫃內,經過10倍暴露於大氣的時間,不需經過烘烤即可重計零件的車間時間(Floor life)。

所以,才會有廠商宣稱,當濕敏零件開封後未用時,可以將之放置於5%RH以下的電子乾燥櫃內以暫停或重計其車間時間。但乾燥櫃的存放空間畢竟有限,建議還是在使用前才零件的開啟乾燥包裝,以確保零件不會受潮,而且還要控制工廠車間的溫濕度≦30°C/60%RH以內。

6. 乾燥劑可否重複使用嗎?

根據J-STD-033B章節4.1.2說明,乾燥包裝內的乾燥劑如果僅暴露於30°C/60%RH條件以下的工廠環境中,而且時間不超過30分鐘,原來的乾燥劑可以重新使用。但前提是乾燥劑沒有受潮也沒有破損。

7. 零件是否可以重複烘烤?是不是烘烤得越久越好?有沒有烘烤限制?

根據J-STD-033B章節4.2.7.1的說明,零件過度烘烤可能會導致零件氧化或生成共金(intermetallic),進而影響焊接以及電路板組裝的品質,為了保證零件的焊錫性,有必要控制零件烘烤的時間和溫度。除非供應商有特殊的說明,否則零件在90℃~120℃的累計烘烤時間不可以超過96個小時。如果烘烤溫度在90℃以下,則沒有烘烤時間的限制。烘烤溫度如果需要高於125℃,必須洽詢供應商,否則是不被允許的。

另外,IC封裝的膠體所使用的 Compound 反覆經過高溫(>Tg(玻璃轉化溫度))後,就會造成材料的變質變脆,而且高溫的環境下也會讓IC內部原本形成的IMC加快其電子遷移的速度,當IMC的孔洞增加後,其原先的 wire bond 就容易脫落,造成開路等的品質問題,所以烘烤的時間是否越久越好,還蠻值得商榷,至少在高溫的環境下烘烤就不是。


延伸閱讀:

關於MSL常見的問題
IPC-JEDEC-J-STD-033 濕敏零件的烘烤條件
低濕電子防潮箱協助電路板組裝廠解決潮害問題
Moisture Sensitivity Levels (MSL)濕度敏感等級解說


訪客留言內容(Comments)

低濕乾燥箱只是個噱頭,溼度下降慢,安裝氮氣才能快速的將防潮箱內的濕度迅速的降至5%以下

ewew;
這是個可以討論的議題,個人認為加氮氣的的最大缺點是成本過高,而且氮氣需要持續的填充,加氮氣的作用是因為它有排它性,使用正壓的原理,將櫃中的其他氣體排除,包括氧氣及水氣,所以有防潮的效果,它跟乾燥防潮箱的作用稍有不同,其最大的好處是可以有效防止零件與空氣中的氧氣接觸並進而避免產生氧化,不過也因此,視氮氣櫃的大小而定,其周圍的氧氣也會因此減少,讓人產生缺氧的不舒服感。
而乾燥防潮箱則純粹只是除濕,它的作用是透過低濕的環境,讓原本留存在封裝零件中的濕氣慢慢揮發出來,所以需要一定的時間,這也是為何IPC特別定義時間及濕度,優點當然就是便宜。
而MBB在正常情況下則是最簡單便宜的方法,不過乾燥劑品質的控管及擺放多少乾燥劑進去MBB 之中都會影響其效果,如果經常拆封的作業,反而讓工作變得有點繁瑣。
~以上為個人意見,如果挑選使用,就要看自己公司的應用了~


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