何謂濕敏零件(Moisture Sensitive Devices)?

IC上下模結合面所謂溼敏零件(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,這裡的環境通常指稱車間(Floor),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。







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逸出,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、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?如果僅針對爆裂(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。

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」有些瞭解了吧!不過你可能會覺得納悶,為何很多IC以外的零件也經常被要求要執行真空乾燥包裝做濕度管控,Why?這是因為濕氣不只會因為加熱造成體積膨脹引起零件分層問題,濕氣也會加速零件腳的金屬鍍層氧化程度,造成後續拒焊等焊接問題;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:
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防潮與除濕有何不同?比較防潮箱與除濕機的效果
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