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根據標準,MSD主要指非氣密性(Non-Hermetic)SMD器件.包括塑料封裝、其他透水性聚合物封裝(環氧、有機硅樹脂等).一般IC、芯片、電解電容、LED等都屬于非氣密性SMD器件.
MSD可分為6大類(表1).對于各種等級的MSD,其首要區別在于Floor Life、體積大
小及受此影響的回流焊接表面溫度.影響MSL的因素主要有Die attach material/process、Number of pins、Encapsulation (mold compound or glob top) material/process、Die pad area and shape、Body size、Passivation/die coating、Leadframe/substrate/and/or heat spreader design/material/finish、Die size/thickness、Wafer fabrication technology/process、Interconnect、Lead lock taping size/location as well as material等.
工程研究顯示,經過溫度曲線設置相同的焊接爐子時,體積較小的SMD器件達到的溫度要比體積大的器件的溫度高.因此體積偏小的器件會被劃分到回流溫度較高的一類.雖然采用熱風對流回流焊可以減小這種由于封裝大小造成的溫度差異,但這種溫度差異還是客觀存在的.這里提到的“體積”為長×寬×高,這些尺寸不包括外部管腳,溫度指的是器件上表面的溫度.
濕度敏感危害產品可靠性的原理
在MSD暴露在大氣中的過程中,大氣中的水分會通過擴散滲透到濕度敏感器件的封裝材料內部.當器件經過貼片貼裝到PCB上以后,要流到回流焊爐內進行回流焊接.在回流區,整個器件要在183度以上30-90s左右,最高溫度可能在210-235度(SnPb共晶),無鉛焊接的峰值會更高,在245度左右.在回流區的高溫作用下,器件內部的水分會快速膨脹,器件的不同材料之間的配合會失去調節,各種連接則會產生不良變化,從而導致器件剝離分層或者爆裂,于是器件的電氣性能受到影響或者破壞.破壞程度嚴重者,器件外觀變形、出現裂縫等(通常我們把這種現象形象的稱作“爆米花”現象).像ESD破壞一樣,大多數情況下,肉眼是看不出來這些變化的,而且在測試過程中,MSD也不會表現為完全失效.
MSD涉及的制造工藝
雖然MSD顯得有點讓人討厭,但是完全沒有必要談“M”色變.知道了MSD的損害機理后,我們就足以可以做到有的放矢了.
MSD只會在采用Convection、Convector/IR、IR、VPR的 Bulk Reflow工藝過程受到影響,當然,在通過局部加熱來拆除或者焊接器件的工藝過程中------如“熱風返工”的工藝中也要嚴格控制MSD的使用.其他諸如穿孔插入器件或者Socket固定的器件,以及僅僅通過加熱管腳來焊接的工藝(在這種焊接過程中,整個器件吸收的熱量相對來講要小的多.)等,你完全可以“肆無忌憚”的使用MSD了.
MSD標識和跟蹤
要控制MSD,首先要考慮的就是器件的正確標識.絕大多數情況下,器件制造商在MSD封裝和防潮袋標識方面做了很多有益的工作.但是并非所有的廠商都遵循IPC/JEDEC標簽標識方面的指導原則,實際上MSD的標識是百花齊放,有的僅僅采用手寫在包裝袋上來注明MSL,有的則用條形碼來記錄MSL,有些索性就沒有任何標示,或者是收到物料時器件沒有進行防潮包裝.如果收到物料時,器件沒有進行防潮包裝,或者包裝袋上沒有進行恰當的標識,那么這些物料很可能被認為是非濕度敏感的,這就非常危險了.避免這種情況的唯一措施就是建立包括所有MSD的數據庫,以確保來料接受或來料檢測時物料是被正確包裝的.除了通過觀察原包裝上的標簽,沒有其他更便利的措施來獲得給定器件的濕度敏感性信息,因此,建立和維護MSD數據庫本身就是一個挑戰性的工作.
其次,一旦把器件從防潮保護袋中拿出來,就很難再次確認哪些是濕度敏感器件.為了獲得任何可能的控制措施,很有必要為物料處理人員和操作工提供便利和可靠的方法以獲得物料編碼以及相關的信息,包括濕度敏感等級.根據JEDEC/EIAJ標準規定,大部分MSD都被封裝在塑料IC托盤內.不幸的是,IC托盤沒有足夠的空間來貼標簽,大多數情況下,人們直接把幾張紙或者不干膠標簽貼在貨架、喂料器、防潮柜或者袋子上來區分每種托盤.經過不同的流程以后,器件相關的所有信息必須從原始的標簽完整的保留下來.在跟蹤托盤物料封裝和由此導致的人為錯誤的過程中,會遇到巨大的困難,有過SMT生產線經歷的人對此深有感觸.
再者,MSD分為六類,根據標準,每一類控制方法也相差很大;同時,一個生產工廠內的操作人員上千人,每個人的認知水平和知識水平都不一樣,所以要保證每個人都對MSD了如指掌,操作不出現任何失誤,實在是一個龐大的工程.
在實際的操作中,我們摸索出了一個簡單而實用的標識方法. 首先,對所有與此操作相關的人員不斷培訓和考核,至少保證其知道MSD是怎么一回事.其次,直到MSD規范操作的規章制度,獎罰分明.再者,建立MSD準數據庫,由專人負責定期將MSD列表發布給相關部門.根據實際的生產情況,大多數MSD的MSL為3級,為了簡化操作,除了特別指明外,所有MSD以Level 3的方法進行處理和操作,這樣就使得MSD的標識非常簡單.由于我們公司采用SAP系統,物料在入司的時候,收獲庫會在每盤物料的包裝上貼上一個SAP標簽(SAP標簽包括物料編碼、物料描述等信息,格式是死的),操作人員會根據MSD列表中列出的MSD清單,把所有MSD的標簽都使用醒目的黃色標簽,其他物料全部使用白色標簽.SAP標簽是唯一的,而且與每種物料一一對應,不論物料走到哪里,SAP標簽也跟到哪里,從而保證MSD受到全程標識和跟蹤.
為了確保物料在特定的時間內組裝,組裝人員可能會完全依靠物流管理層來進行控制,這是最糟
糕的做法.在某些時期,這種做法還可以接受,但隨著器件制造工藝的變化和產品多樣化的激增,這種做法的危害性也隨之增加.由于組裝人員根本沒有對器件的存儲和使用信息進行跟蹤,所以他們也不知道物料曝露了多久,更不了解已經超過拆封壽命的MSD的比例是多少.
這種做法的危害到底有多大,下面是一個例子.假設每塊成品需要一個BGA,現在取出一盤(卷帶包裝)BGA,和大部分PBGA一樣,其濕度等級為4,拆封壽命72小時.這就意味著,一旦器件被裝到到貼片機上,生產線的生產率必須大于12塊/小時.為了在器件失效以前完成生產,一天24小時,必須連續三天不停機生產.同時必須考慮SMT生產線上料調試(可望不進行離線上料)以及其他常見的情況所導致的器件曝露時間,如生產計劃的變化,缺料和機器故障等.其次,還必須考慮大多數生產情況:每天進行一個或更多的產品切換,導致多次更換物料.由于同一盤料被多次從貼片機上換上換下,使器件的曝露時間成倍增加.在整個曝露時間中,還必須考慮干燥儲存的時間,下面會提到這個問題.當考慮了器件各個方面的實際壽命以后,會發現在回流焊以前超過拆封壽命的器件,其數量占據非常大的比例.
因此,在生產過程中,必須要求操作工在SAP標簽上手工記錄元器件首次從防潮保護袋拆出的日期和時間,并注明截至日期.在截至時間內,沒有用完的物料必須放在防潮柜內.如果使用的元器件超過了截至日期,必須按照規定進行烘烤