IPC-M-109與電子工業潮濕敏感元件的防護


一，潮濕對電子元器件造成的危害

當電子元器件朝著小型化和廉價化方向發展，塑料封裝就成為了一項標準做法。但潮濕氣體會透過封裝材料及元器件的接合面進入到器件的內部，一方面造成內部電路氧化腐蝕短路，另一方面當SMD器件吸濕度率達到0.1wt%時，在電子元器件組裝焊接過程中的高溫會使進入IC內部的潮濕氣體受熱膨脹產生足夠的壓力，使塑料從芯片或引腳框上的內部分離(脫層)、線捆接損傷、芯片損傷、和不會延伸到元件表面的內部裂紋等。甚至裂紋會延伸到元件的表面，最嚴重的情況就是元件鼓脹和爆裂，又稱為“爆米花”，這將導致返修甚至要廢棄該組裝件。更為重要的是那些看不見的、潛在的缺陷會溶入到產品中去。

非IC類電子元器件也會受到潮濕的危害。如印刷電路板吸濕度率達到0.2wt%時，也會導致裂紋和分層；繼電器的觸點受潮氧化，導致接觸不良；硅晶體氧化；其它諸如陶瓷器件、液晶器件、石英器件、光電器件、紅外與激光器件、連接線、接插件等等，都會受到潮濕的危害。

潮濕對電子元器件的危害，已成為一項非常嚴峻的事情，隨著潮濕敏感性元件使用的增加，諸如薄的密間距元件(fine-pitch device)和球柵陣列(BGA, ball grid array)，這個問題就越嚴重。

二，關于IPC-M-109標準

為確保潮濕氣體不進入器件中，美國電子工業聯合會（IPC）和電子元件焊接工程協會（JEDEC）之間共同研究制定和發布了 IPC-M-109, 潮濕敏感性元件標準和指引手冊。`

IPC-M-109統一和修訂了兩個以前的標準：IPC-SM-786 和JEDEC-JESD-22-A112（這兩個文件現在都過時了）。新的標準包含有許多重要的增補與改動。

IPC-M-109包括以下七個文件，其中關于潮濕敏感元件防護的文件有：

（1），IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成電路(IC)SMD的潮濕/回流敏感性分類

該文件的作用是幫助制造廠商確定元器件對潮濕的敏感性，并列出了八種潮濕分級和車間壽命(floor life)。

潮濕敏感水平 SMD防濕包裝拆開后暴露的環境 車間壽命

1 級 暴露于小于或等于30°C/85% RH 沒有任何車間壽命

2 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 一年車間壽命

2a 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 四周車間壽命

3 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 168小時車間壽命

4 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 72小時車間壽命

5 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 48小時車間壽命

5a 級 暴露于小于或等于30°C/60% RH 24小時車間壽命

6 級 暴露于小于或等于30°C/60%RH 72小時車間壽命

(對于6級，元件使用之前必須經過烘焙，并且必須在潮濕敏感注意標貼上所規定的時間限定內回流。)

增重(weight-gain)分析用來確定確定一個估計的車間壽命，而失重(weight-loss)分析用來確定需要用來去掉過多元件潮濕的干燥時間



（2），IPC/JEDEC J-STD-033 潮濕/回流敏感性SMD的處理、包裝、裝運和使用標準

該文件提供處理、包裝、裝運和干燥潮濕敏感性元件的推薦方法。

干燥包裝涉及將潮濕敏感性元件與去濕劑、濕度指示卡和潮濕敏感注意標貼一起密封在防潮袋內。標貼含有有關特定溫度與濕度范圍內的貨架壽命、包裝體的峰值溫度(220°C或235°C)、開袋之后的暴露時間、關于何時要求烘焙的詳細情況、烘焙程序、以及袋的密封日期。

潮濕敏感水平為1 級的，裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標貼是不要求的，除非元件分類到235°C的回流溫度。

潮濕敏感水平為2 級的，裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是要求的、標貼是要求的。

潮濕敏感水平為2a ~ 5a 級的，裝袋之前干燥是要求的，裝袋與去濕劑是要求的、標貼是要求的。

潮濕敏感水平為6 級的。裝袋之前干燥是可選的，裝袋與去濕劑是可選的、標貼是要求的。

IPC的干燥包裝之前的預烘焙推薦是：

包裝厚度小于或等于1.4mm：對于2a-5a 級別，125°C的烘焙時間范圍8~28小時，或150°C烘焙4-14小時。

包裝厚度小于或等于2.0mm：對于2a-5a 級別，125°C的烘焙時間范圍23-48小時，或150°C烘焙11-24小時。

包裝厚度小于或等于4.0mm：對于2a-5a 級別，125°C的烘焙時間范圍48小時，或150°C烘焙24小時。

IPC的車間壽命過期之后的后烘焙推薦是：

包裝厚度小于或等于1.4mm：對于2a ~5a 級別，125°C的烘焙時間范圍4~14小時，或40°C烘焙5~9天。

包裝厚度小于或等于2.0mm：對于2a ~5a 級別，125°C的烘焙時間范圍18~48小時，或40°C烘焙21~68天.

包裝厚度小于或等于4.0mm：對于2a ~5a 級別，125°C的烘焙時間范圍48小時，或40°C烘焙67或68天。

元件干燥使用常溫干燥箱去濕或烘焙兩種方法之一。

烘焙去濕

烘焙比比較復雜。基于潮濕敏感水平級別不同和包裝厚度的不同，有一些干燥包裝前的預焙的推薦方法。但指出烘焙溫度可能造成引腳氧化或引起過多的金屬間增生(intermetallic growth)從而降低引腳的可焊接性。并不要將元件存儲在烘焙溫度下的爐子內。

常溫干燥箱去濕：

對于潮濕敏感水平為2-4級的防濕包裝拆開后的SMD，如暴露在小于或等于30°C/60% RH環境下，將其放入濕度為10%RH的常溫干燥箱中，經過暴露時間 X 5倍的除濕保管時間，可以恢復原來的車間壽命。

對于潮濕敏感水平為5-5a級的防濕包裝拆開后的SMD，如暴露在小于或等于30°C/60% RH環境下，將其放入濕度為10%RH的常溫干燥箱中，經過暴露時間 X 10倍的除濕保管時間，可以恢復原來的車間壽命

（3），IPC-9503 非IC元件的潮濕敏感性分類

該文件的作用是幫助制造廠商確定非IC元件的電子元器件對潮濕的敏感性和防護要求。

三，結論

IPC-M-109為電子制造廠商潮濕對電子元器件的危害問題提供了標準和方法,只要認真貫徹執行，可將有效地將潮濕對電子元器件的危害降到最低程度。