1、共同工业标准 非密封固态表面安装设备的湿感应分级与热风回焊感应分级非密封固態表面安裝設備的濕感應分級與熱風回焊感應分級內容1.目的2.範圍3.背景4.可應用文檔5.器具5.1 溫濕房5.2 回焊設備5.3熱爐5.4顯微鏡5.5橫截面5.6電測試5.7重量參數(任意的)6.分級與重分級6.1重分級7.程序7.1 樣品要求7.2 電測試7.3 初檢 7.4 烘乾 7.5 濕浸泡 7.6 回焊 7.7 外觀 7.8 電測試 7.9 聲學顯微鏡方法8.依據 8.1 失敗依據 8.2 對依據的評估 8.3 失敗核實9.濕感應回焊感應分級爲非密封固態表面安裝設備的濕感應回焊感應分級 內容(繼續)10.任意
2、重量增益損失分析 10.1重量增益 10.2 吸收曲線 10.3 解吸曲線11.附錄與例外附錄A: 分級流程表格1.包裝回焊條件2.濕感應水准3.分級回焊剖面非密封固態表面安裝設備的濕感應回焊感應分級1.目的此標準的目的是爲了辨認非密封固態表面安裝設備(SMDS)的分級水准即濕感應的感應力從而能進行正確的封裝,儲存,及控制,避免在組裝回焊配屬或修理操作期間再有熱損失或者機械磨損。這種標準可以用來測定原始可靠性條件應用哪級水准。 如果初始條件沒有關鍵性變化這種方法可以用來再分級並達到更高一級水准(有更長的壽命一直達到2級水准 ) 如果沒有額外可靠性測試重分級水准不能因爲一級水准高就提高。通過JE
3、SD22-A112, IPC-SM-786,J-STD-020,作爲濕感應分級的元件作爲非濕感應(水准2)的元件如果沒有額外可靠性測試就不可以進行重分級。如JESD22-A113 &DESD47或半導體製造商的實驗室程序。用這種測試方式通過抑制依據是不夠提供長期可靠性保證的。2.範圍此分級程序適用於產品中所有密封固態表面安裝設備(SMD)由於吸濕在回焊的期間可能容易損害在此文檔中使用的SMD表示塑膠封裝產品和用可滲透材料制成的其他產品。SMD生産者使用這些類別來通知産品設備的感濕級用戶(板組裝操作)並且通過板組裝操作來確保: 適用於感濕或感熱設備的正確的控制警戒。注釋:這份檔案中的程序被用在不
4、包括在此范圍內的封裝產品。此產品的失敗依據必須使設備生産者和終端用戶的意見達到一致。3.背景當包裝暴露在熱風回焊的高溫下時塑膠包裝內部的濕氣壓就會迅速上升。在特定情況下這種氣壓會導致模或塑膠引架內部塑膠層的減少和內部破裂。而這種情況不會延伸到包裝外部如連接器損壞金屬線NECKING,連接器上升模或管芯上升薄膜爆裂管芯下彈坑等。更嚴重的情況就是導致外部包裝的破裂因爲內部壓力會導致包裝膨脹然後發出 “POP”的聲音而爆裂我們常稱之爲 “POPCORN”現象。SMD比通孔部分對這種現象更敏感因爲它們在回焊的時候會暴露在溫度更高的地方導致此現象的原因就是熱風回焊必須發生在“板”和SMD產品的同一邊。有
5、了通孔設備熱風回焊就會在板的下面進行從而產品就從熱風回焊中得以保護。SMD從芯片或安裝墊片界面到外包裝表面的塑膠厚度就更小了。 4.可適用文檔EIA625 控制靜電放電感設備要求IPC-TM-650 人工測試方法IPC-SM-786 歸屬和控制濕感應與熱風回焊感應的ICS程序JEP113 濕感應設備和回焊感應設備的屬性與控制程序JESD47 驅動合格規格的應力測試JESD22-A112 塑膠表面安裝設備的濕感應度。JESD22-A112 先於可靠性測試的塑膠表面安裝設備的前提條件程序。J-STD-035 非密封非封裝電子元件的聲學顯微鏡方法。5. 溫濕房5.1 濕度房提供了8585%RH, 8
6、560%RH, 6060%RH, 3060%RH條件以便運作。在溫濕房工作範圍之內溫度可容範圍必須在正負2RH可容範圍必須爲正負3%RH。5.2熱風回焊裝置(A)優先選擇100%對流熱風系統能保持此標準所要求的回焊外形。(B)VPR房能以正確的流體在215-219和235+5-0的溫度範圍內運行。不需要破壞蒸汽防護層和壓縮蒸汽從而使汽相位焊液的丟失減少VPR就能加熱包裝。汽相焊液在上述指定的適當溫度汽化。(C)流動式紅外線乾燥設備和對流乾燥設備能保持此標準所要求的回焊外形。這種設備使用IR紅外線加熱空氣而不直接撞擊正在測試下的元件。注釋濕感應分級測試主要在於包裝體溫度(比板和LEADLINE更
7、重要)對流和VPR比IR更容易控制和重復。當VPRIR對流和對流之間有相關的問題時對流結果會被認爲是標準的。5.3 烘乾爐烘乾爐能在125+5-0的溫度範圍內運行。5.4顯微鏡(A)光學顯微鏡(外部用40X,橫截測試用100 X)(B)聲學顯微鏡掃描儀。注釋1聲學顯微鏡掃描器是用來檢測破裂和層面減少的儀器。層面減少的存在並不一定表示緊迫的可靠性問題。層面減少的可靠性影響是爲個別管芯或包裝系統確立的。注釋2J-STD-035表示聲學顯微鏡掃描操作。5.5橫截面2.1.12.1.1.2中或其他可用文檔內所指定的IPC-TM-650方法中推荐的微截面設備。5.6電測試電測試設備能進行直流電和功能測試
8、。5.7稱量器具秤量器具能秤量包裝到1微克的溶液。這個器具必須維持在一個防氣流的環境下如溫濕房。這可以獲得測試下有關設備的吸收和解吸資料。6.分級與重分級6。1先前合格分級SMDS的重分級指導。工程研究表明當回焊到剖面的板上組成更大的元件時有少部分元件達到的體溫比225更高。因此技朮和商業問題就會要求更小的而且薄的包裝(參照表1)並在235時進行分級。然而尤其小而薄的包裝會被用在板上而不是更大的包裝那些小的包裝可以在220時進行分級。表1定義了過渡厚度及容量這裏的資料表明當用更大的元件回焊在板上時SMD就能到達235.注釋1:先前分級的SMDS只有被製造商重新分級時它才反映出這個更高的溫度所以
9、用戶應該參照包裝袋上的濕感應標簽並查明元件分級的回焊溫度。注釋2如果按照標簽的235時不能回焊則1級水准設備應該考慮220的最大回焊溫度。6.1重分級爲了小化測試從給定的SMD包裝的結果就可以被認為包含了相同SMD包裝中所有其它產品如注塑混合物纖維技朮, 相同或更小尺寸的芯墊片。以下屬性能影響設備的濕感應並可以要求重分級。管芯配屬材料及過程端子的數量鑄塑合成材料及過程管芯墊片面積和形狀實體尺寸鈍化及管芯塗料引線架或散熱器的設計材料及完成管芯尺寸及厚度FAB 過程連接鎖膠帶 表1-包裝回焊條件包裝厚度2.5毫米和所有的BGAS包裝厚度2.5毫米且包裝容量350立方毫米包裝厚度2.5毫米且包裝容量
10、350立方毫米對流220+50對流2350VPR215-219VPR235+5-0IR對流220+5-0IR對流235+5-0注釋1包裝容量被定義爲高寬長但是除外部引線和非整散熱片。注釋2在回焊期間能達到最大的元件溫度主要靠包裝的厚度和容量。較小而薄的元件常在板安裝時達到較高的溫度尤其是基於IR紅外線的回焊進程100%對流回焊進程的的使用減少了包裝間的熱度然而由於大量元件的熱不同熱梯度依然存在。注釋3235的回焊溫度適用於外圍LEADED包裝它用混合尺寸元件安裝在板上BGAS在220時進行分級如果不是則按照製造商的指定溫度。7.程序程序建議在最低濕感應水准時開始測試估計包裝會合理通過。(根據其
11、他相似評估包裝知識)7.1樣品要求7.1.1重分級(合格包裝無額外可靠性測試)7.1.2分級與重分級(計劃了額外的合格或可靠性測試)沒有額外測試而進行重新分級的合格產品選擇一個由22個單元組成的最小樣品進行濕感應水平測試。兩個非連貫組裝LOTS中最小的一個必須包括在樣品中。且每個LOTS都有相同的表現。在運輸之前樣品單元會完成所有的被要求的制造過程。樣品群可以在一個或多個濕感應水平上同時進行。測試一直進行到發現 “痛過水平測試”。7.2電測試測試正確的電子參數如資料紙值實驗室規格等來取代一些與測試參數相背的設備。7.3初檢通過外觀和聲學顯微測試從而為爆裂或層面下降依據建立一個基線。注釋這個標准
12、沒有考慮或建立任何層面減少時間0點要求。7.4烘乾在最小溫度125+5-0時需要24小時烘乾樣品這一步是將包裝除濕使之變幹。注釋在測試條件下特定設備的解吸資料表明當在一個8585%RH的潮濕條件下進行測試要獲得一個乾燥的包裝需要一個不同的條件那末這個時間就要更改。7.5濕浸泡將設備放入一個乾淨乾燥且淺的容器內使包裝體彼此不接觸或重疊。按表2中的要求對每個樣品一進行適當的浸泡。(必須控制使用所有的時間部分與EIA相一致的正確ESD程序。7.6回焊表3-分級回焊外形對流或紅外線對流VPR平均上升率(183到頂峰溫度)最大3秒最大10秒預熱溫度125(+-25)最多120秒維持在183以上的溫度60
13、-150秒實際最高溫度的5之內的時間10-20秒60秒頂峰溫度範圍220+5-0或235+5-0215-219或235+5-0下降率最大6秒最大10秒從25到頂峰溫度的時間最多6分鐘注釋所有的最高溫度是指從包裝表面測量的頂部溫度。在對流紅外線對流或VPR環境將設備冷卻5分鐘。7.7外觀檢查用一個光學顯微鏡(40X)來檢測設備的外部破裂。7.8電測試對所有的產品進行適當的電測試如數據紙值實驗室規格等。7.9聲學顯微鏡對所有的產品進行聲學顯微鏡掃描。8依據8.1失敗依據在測試樣品中如果多個產品失敗則被人爲包裝沒有達到測試水准。如果有以下任何表像則表明產品沒有達到要求。即失敗。(A)用40X光學顯微
14、鏡可看見外部破裂(B)電的直流和功能失敗(C)內部裂痕橫斷連接線球形連接頭或契形連接頭(D)從任何指狀到其它任何內部特點延伸的內部破裂。(LEAD FINGER,芯片管芯附屬墊片)(E)從任何內部特性到外部包裝延伸到距離的32處的內部破裂。(F)由WARPAGE泡脹或膨脹引起的用肉眼可見的包裝體平直度的變化。如若零件依然在同一平面和支座尺寸則認爲通過了水准測試。注釋1如果通過聲學顯微鏡方法顯示內部破裂要么認爲失敗要么通過拋光截面來校正。注釋2失敗的元件必須用一套新的樣品對濕感應的下一級水准進行評估。注釋3如果元件達到了8.1中的要求且沒有層面減少的證明通過聲學顯微鏡方法沒有發現破裂或其他現象則
15、此元件通過了濕感應水平。8.2要求深層次的依據評估爲了評估 “層面減少”對誰設備可靠性的影響半導體生産者要么滿足8。2.1中的層面減少變化要求要么使用JESD22-A113和JESD47進行可靠性評估要么執行半導體生産者的實驗室程式。可靠性評估由應力測試歷史産生的資料分析等組成。附錄A爲這些依據的執行程序邏輯流程表。如果元件通過了電測試且在管芯墊片背面熱擴散器管芯背面有層面減少但沒有破裂或其它層面減少的証據而且依然符合規定的尺寸依據那末元件被認為通過了濕感應水平。8.2.1層面減少測量從浸泡前到回焊後的層面減少的變化一個可測量的層面減少的變化被定義爲回焊前後之間10%的絕對變化。計算絕對百分比
16、層面減少變化與被評估的總面積有關。有了這樣的依據設備就一定能測量出10%的最小絕對層面減少變化。外圍LEADED IC 元件(A)在管芯的頂部沒有可測量的層面減少變化。(B)在管芯墊片的連接線頭表面或LOC(芯片上的LEAD)產品的引架沒有可測量的層面減少變化。(C)橋接了金屬性特點的絕緣聚脂膜沒有可測量的層面減少變化。(通過傳輸聲學顯微鏡方法核實)(D)通過熱加強包裝或要求背面電接觸產品的管芯配屬區域沒有可測量的層面減少變化。(E)在整個長度上沒有層面減少的表面破損特點表面破損特點包括引指棒,鐵條,熱擴散器微調,熱鐵心等.BALL GRID ARRAY PACKAGES(球柵陣列包裝)(A)
17、在管芯頂部表面沒有可測量的層面減少變化。(B)層面的線連接器表面沒有可測量的層面減少變化。(C)在聚合物密封或鑄模合成物及層面空腔與上部鑄模的包裝之間的介面沒有可測量的層面減少變化。(D)在焊接掩膜及層面松脂介面沒有可測量的層面減少變化。(E)在層面內沒有可測量的層面減少變化。(F)通過管芯配屬區域沒有可測量的層面減少變化。(G)在未裝滿松脂和芯片或未裝滿松脂和基片焊接面具之間沒有可測量層面減少或破裂變化。(H)在它的整個長度上沒有層面減少的表面破損特點表面破損特點包括引指棒,層面 ,層面金屬處理化,PTH, 熱鐵心等 。注釋在BGAS上C-模聲學圖像不易闡明通過移動聲學圖像可使之更容易解釋並
18、更加可靠。如果有必要核實結果或測定包裝水平就會發生破裂或層面減少此時應使用交叉組合分析。8.3失敗核實我們應該分析所有的失敗來確認失敗機理與濕感應有關。如若在所選的水准上沒有回焊及濕感應的失敗則元件與被測試過的濕感應電平相符。如果聲學顯微鏡掃描表明對8.2.1中列舉的任何依據的失敗那么元件就要對濕感應的下一級水准進行測試或者通過使用JESD22-A113&JESD47半導體生產者的實驗室程序進行可靠性測試。9.濕感應分級與回焊感應分級(A)如果設備通過了一級水平它就會作為非濕感應分級并不要求干燥包裝。(B)如果設備在一級水准失敗但是通過了更高數字的水准那么它就會作為濕感應分級并一定要求干包裝其
19、標簽要求與JEP113相一致。(C)如果產品僅僅通過了六級水准它則歸屬為非常濕感應對干包裝不用提供適當保護。如果產品需要裝運則必須介紹它的分級給客戶。提供商必須提供一個警告標簽附在產品上以表示在熱風回焊之前它要么安裝了插座要么及時在標簽上烘干。最少的烘干時間和溫度應由測試下的產品的解吸研究決定。見10.3 10.任意重量增益和損失分析10.1重量增益重量增益分析(吸收)對于測定估計基本壽命是非常有價值的。(基本壽命是指從一個干包裝內移出的設備直到在回焊期間它吸收了足夠的濕并達到了危險點的時間段)。重量損失分析(解吸)對于測定所要求的烘干時間是有很大價值的也就是從一個設備中去除過濕以至在回焊期間
20、不再有危險。重量增益與損失是使用整個樣品的平均值來計算的。一般建議使用10個產品作為樣品。最終重量增益 (濕重 干重)/干重最終重量損失 (濕重 干重)/濕重暫時重量增益 (目前重量 干重)/干重暫時重量損失 (濕重 目前重量)/濕重“濕” 是相對而言的,它是指在指定的溫度和濕度條件下,包裝暴露在濕的環境中.“干”是指定的.是指在125情況下,從包裝中再沒有額外的濕可以清除.10.2吸收曲線10.2.1讀出數 為了繪出吸收曲線,我們應該選用X軸(時間)讀出點,為了能預讀,點之間所表示的時間要短(24小時或者更短),因為曲線有一個前沿初始上升.當曲線變成漸近線時,后面的讀數就會擴展的更遠(10天
21、或者更多).Y軸應該從0開始并增長達到飽和重量增益.當存放在85/85%RH條件下時,大多數產品在0.3%和0.4%之間將會達到飽和.使用10.1中的公式,產品要保存在室溫條件下,即從爐或房中取出,稱量,再重新放入爐中或者房中.10.2.2干重 首先應確定樣品的干重,在125+5/-0下要烘干樣品48小時以保証樣品是干的.從爐中取出后的1小時內,使用5.7中的任意裝置稱量產品,再測定10.1中的平均干重.而一個小的SMD(總高度小于1.5毫米)產品應該從爐中取出后的30分鐘之內稱量.10.2.3 稱量后的1個小時內,將產品放入干淨,干燥且淺的容器內一便包裝體彼此不接觸.在所要求的時間范圍內,將
22、設備放入一個所要求的溫度和濕度條件下.10.2.4讀出數產品從溫濕房中取出,至少容許冷卻15分鐘,從房中取出后的1小時內稱量產品.總高度小于1.5毫米的小的SMDS產品應該取出后的半小時內稱量.稱量后,再按照10.2.3中的程序將產品放回溫濕房中.從溫濕房中取出產品到返回溫濕房中的總時間不應該超過2個小時.在10.2.3與10.2.4之間繼續輪流直到所指定的無額外濕吸收的飽和狀態,或者直到浸泡到有利的最大時間.10.3 解吸曲線使用10.2中指定的飽和狀態的產品來繪制解吸曲線圖.10.3.1讀出點在X軸上的建議讀出點為12小時間隔.則Y軸應該在0%的重量增益到10.2中指定的飽和值之間運行.1
23、0.3.2烘干從溫濕房中取出飽和狀態產品后在1小時內(但不能少于15分鐘),將產品放入一個干淨,干燥而淺的容器中,以便包裝體彼此不接觸,再將其放在烘干爐上,溫度和時間均為所要求的值.10.3.3讀出數在所要求的讀出點上,從烘干爐中取出產品,取出后的1小時內,再將產品從容器里取出,按照5.7中的任意裝置和10.1中的公式,計算出它們的平均重量.稱量后的1小時內,將產品放入一個干淨,干燥且淺的容器中,以便包裝體彼此不接觸,再將產品返回到烘干爐上一段時間,繼續輪回,直到產品完全失去水分并達到了10.2.2中指定的干重.11.附錄和例外以下細節將可用范圍的獲得文檔中指定:(A)與7.1不同的產品選擇依據(B)與7.1不同的測試程序樣品尺寸.(C)評估包裝類型.(D)除8中表明的之外,還有一些抑制依據(包括聲學顯微鏡掃描依據)(E)除條款7中表明的之外,還有預期條件要求(F)要求重新測試的條件或頻率.
