何謂濕敏零件(Moisture Sensitive Devices)?

IC封裝的上下模具的結合面會有縫合線及縫隙產生所謂溼敏零件(Moisture Sensitive Devices)基本上就是泛指那些會對【濕氣】敏感的電子零件。

「濕氣」一般也稱為「濕度」指零件暴露於環境大氣中的「水蒸氣」含量,這裡的環境通常指「車間(Floor)」也就是「產線」,或是零件在離開真空防潮包裝後所接觸到的環境。

請注意:液態或固態的水都不能計算在濕度內喔!人體其實也可以感受到濕度,在濕度高的環境下,就是你可以感覺到快下雨又還沒下雨前那種黏答答的感覺,全身好像溼嚕嚕的那種Fu。

那濕氣對電子零件又會有何影響呢?這是因為水蒸氣的分子團比液態或是固態水都要來得小,而且小到有機會從溼敏零件的縫隙當中鑽進去,這時候如果把含有濕氣的零件拿去經過回焊爐(reflow)直接加熱,想像一下會發生什麼問題呢?大家應該都有煮過開水的經驗,或是在電視上看過瓦斯爐煮開水沸騰的畫面,有沒有看到水煮開後水蒸氣可以把鍋蓋整個往上推的情景,這就是水蒸氣加熱後的影響力,水蒸氣加熱後會迅速的膨脹,而且可以產生巨大的推力,以前的蒸氣火車就是靠蒸氣來帶動整列火車的,所以你說蒸氣的力量是不是很強。

(對於大陸那些盜文網站,複製貼上本站文章後,居然還改成自己公司的名字,感到無恥!文章內容部份防止複製編排可能造成您閱讀的不便,請見諒!)

IC上下模結合面回到主題,如果電子零件的內部含有水蒸氣並且被迅速加熱到超過水的沸點,一般無鉛回焊(lead-free reflow)的溫度最高會達到250˚C左右,依據電子零件內部的濕度多寡,當被加熱的水蒸氣來不及從零件的縫隙中逃逸,最壞的結果就類似從電子零件的內部點燃了一顆炸彈般的爆裂開來,輕者可能會破壞零件內部的結構,重者可能還會出現零件分層(de-lamination)、開裂的現象。

既然水蒸氣會對電子零件造成這麼嚴重的後果,所以你說這些電子零件需不需要管控其水蒸氣?當然要,所以工業標準(IPC)也才會有溼敏零件(MSD, Moisture Sensitive Devices)管控及溼敏等級(Moisture Sensitive Levels)定義的標準出現。

那是不是所有需要經過reflow的電子零件都得擔心水蒸氣所造成的爆裂破壞問題呢?

如果僅針對爆米花(popcorn)問題來回答,工作熊會說不盡然,因為前面的篇幅提到電子零件必須要有縫隙讓水蒸氣有機會鑽進去才會有這個問題,而且這個縫隙還不能太大,因為縫隙夠大到可以讓膨脹後的水蒸氣膨脹順利逃掉也就沒事,所以就只有那些擁有小縫隙的零件會有問題囉!

哪些電子零件擁有小縫隙呢?就是那些封裝零件啦,所以首當其衝的就是IC零件,因為IC幾乎都是用上下模具把晶片封裝包起來的,或一層一層疊起來的,而上下模具的接合處或層與層之間就是縫隙產生的地方,所以一般我們指的溼敏零件就是在指這些IC零件,BGA零件可能更慘,因為晶片要封裝在載板PCB上面,還有膨脹係數地問題。

(對於大陸那些盜文網站,複製貼上本站文章後,居然還改成自己公司的名字,感到無恥!文章內容部份防止複製編排可能造成您閱讀的不便,請見諒!)

另外,大部分的IC零件的內部都會使用金線或銅線來將晶片上的訊號傳導出來,這些細小的金線或銅線更禁不起濕氣所產生推力的破壞,工作熊以前做過IC封裝廠的工程師,知道大部分的IC會因為封裝的製程限制而有孔洞(voids)發生,如果濕氣沒有控制好,濕氣真的很容易就會出現在這些孔洞當中,當濕氣迅速膨脹後就容易造成問題。

目前業界對「溼敏零件」的定義都侷限在封裝零件上的分層(de-lamination)及爆裂(popcorn)問題,而且有兩份主要的工業標準用來規範溼敏零件及溼敏等級:

談到這裡你應該多少對「濕敏零件」有一定瞭解了吧!不過你可能會覺得納悶,為何很多IC以外的零件(不是IC的零件)也經常被要求需要執行真空乾燥包裝做濕度管控呢?Why?這是因為濕氣不只會因為加熱而造成體積膨脹引起零件分層問題,濕氣也會加速零件焊腳的金屬鍍層氧化程度,造成後續拒焊等焊接品質問題;另外,有些零件的塑膠材質會有吸濕的問題,如PA(尼龍),並在流經高溫後發生零件脆化、變形、異色等問題。

因為這些電子零件並沒有統一的濕度管控條件,無法用一份統一的標準來完全規範,所以只能依照個別零件的需求來定義其防潮條件,以目前大部分的電子零件來看,除了IC零件及電路板(PCB)會有爆裂分層的風險之外,其他的零件可能就Case by Case了。
建議可以先參考一下這篇文章:
非溼敏電子零件是否也需要管控濕氣?

還有一個問題需要提出來特別探討的就是溼敏零件可以利用「烘烤」來去除其內部的濕氣,但如果已經氧化的零件腳,烘烤是沒有辦法恢復其可焊性的,這個請參考其他的相關文章:封裝濕敏零件烘烤常見問題整理


延伸閱讀:
關於MSL常見的問題
何種零件需要執行MSL(濕敏等級)?
低濕電子防潮箱協助電路板組裝廠解決潮害問題
防潮與除濕有何不同?比較防潮箱與除濕機的效果

 
 
訪客留言內容(Comments)

谢谢分享


訪客留言注意事項:
1.首次留言通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。  
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,請前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。  
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。  
7. 原則上工作熊不接受私下電子郵件、電話、私訊、微信或任何即時通聯絡。  
8. 自2021年7月起Google將停止最新文章電子郵件通知,如果你想隨時接收部落格的最新文章可以參考這裡

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)