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元器件湿敏等级试验 发布时间:2018-10-31 10:53:37

一、应用场景

    MSL:MSL是Moisture Sensitivity Level的缩写,是湿气敏感性等级的意思。 MSL的提出就是为了给湿度敏感性SMD元件的封装提供一种分类标准,从而使不同类型的元件能够得到正确的封装、储藏和处理,避免在装配或修理过程中出现事故。

    通常封装完的IC,胶体或Substrate PCB 在一般的环境下 会吸收湿气,造成IC在过 SMT回流焊时,发生“爆米花”(POPCORN)的状况。湿气敏感性等级(Moisture Sensitivity Level,MSL) 被用来定义 IC 在吸湿及保存期限的等级,若IC超过保存期限,则无法保证不会因吸收太多湿气而在SMT回 流焊时发生 POPCORN现象。因此对于超过保存期限的 IC 要进行烘烤。

  MSL行业内测定的流程是:

   (1) 良品IC 进行 SAT,确认没有脱层的现象。

   (2) 将 IC 烘烤,以完全排除湿气。

   (3) 依 MSL 等级加湿。

   (4) 过 IR-Reflow 3次 (模拟 IC 上件,维修拆件,维修再上件)。

   (5) SAT 检验是否有脱层现象及 IC 测试功能。

 若能通过上述测试, 代表 IC 封装符合 MSL 等级。

更详细的内容可参考J-STD-020C标准

   湿气不仅严重加速了电子元器件的损坏,而且对元件在焊接过程中的影响也是非常巨大,这是因为产品生产线上的元件焊接都是在高温下进行波峰焊或回流焊并由焊接设备自动完成的。当将元器件固定到PCB板上时,回流焊快速加热将在元器件内 部形成压力,由于不同封装结构材料的热膨胀系数(CTE)速率不同,因此可能产生元器件封装所不能承受的压力。当将元器件暴露在回流焊接期间,由于温度环境不断升高, SMD元 件内部的潮气会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件。常见的情况包括塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)、金线焊接损伤、芯片损伤、和元器件内部出现裂纹(在元件表面无法观察出来)等。在一些极端的情况中,裂纹会延伸到元 件的表面,最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂(叫做“爆米花”效应)。尽管进行回流焊操作时,在180℃~200℃时少量的湿气是可以接受的,但在230℃~260℃的范围中的无铅工艺里,任何湿度的存在都能够形成足够导致破坏封装的小爆炸 (爆米花状) 或材料分层。因此必须进行明智的封装材料选择、慎重控制组装环境及在运输中采用密封包装及放置干燥剂等措施。实际上国外经常使用装备有射频标签的湿度跟踪系统、局部控制单元和专用软件来显示封装、测试流水线、运输/操作及组装操作中的湿度并进行实时控制。

       一般需求客户:一般IC、芯片、电解电容、贴片式LED等非气密性SMD器件封装厂家。

二、金鉴服务

1. 金鉴实验室对于“元器件湿敏等级实验”具有以下几大优势:

1.1  设备齐全,实力可靠:由于湿敏等级试验需要进行超声波扫描、LED光电性能检测、恒温恒湿试验和回流焊试验,金鉴LED品质实验室不仅拥有相关的高端设备,还有一流的工程师团队以及丰富的测试经验可以为客户提供专业的综合分析。

1.2  结果公正、数据可查:金鉴LED品质实验室通过了CMA等资质认定,检测结果和数据绝对公正可信,并可以在金鉴实验室官方网站www.gmatg.com中的【报告真伪】系统查询。

2. 试验背景

2.1  当封装暴露在回流焊的高温时,非密封性封装内的蒸汽压力会大幅增加。在特定状况下,该压力会造成元器件内部爆裂、Bond损坏、接线折断、Bond抬高、内模抬高、薄膜裂开等。最严重的状况会造成封装发生外部裂缝,一般称为“爆米花”现象。

三、案例分享

失效背景:应用端在灯珠贴片之前已做过烘烤除湿处理,但灯珠回流焊之后还是出现了爆胶现象,应用端委托金鉴进行失效分析,金鉴在分析过程发现按应用端的烘烤条件操作灯珠仍然无法完全除湿,当暴露在回流焊的高温时最终失效。

“爆米花”现象原理:经分析发现送测失效灯珠注塑胶含水率较高,在回流焊过程中,支架注塑胶内的水分在高温下快速汽化,形成饱和水蒸气,随着蒸气量的增加,在封装体内产生蒸气压,当压力达到一定的程度,为释放压力,在应力集中薄弱处就产生裂纹,从而引起分层剥离和开裂现象。

备注:为便于观察,胶裂处已用油墨进行处理

C-SAM超声波扫描结果


本试验可确定样品的MSL湿气敏感等级,以便对其进行正确的封装、储存和预处理。

四、试验方法

4.1 取样

4.1.1  针对每个等级,测试样品数量至少为22pcs,如果需要在n个等级上同时测试,样品数量为n*22pcs;1.2需要包括至少2个不同时间段批次的灯珠。

4.2 记录试验前数据

4.2.1  测试每个样品的光电参数,包括正向电压、光通量(光强)、反向漏电流、色坐标、主波长,如有异常数据,需重新取样;

4.2.2  观察每个样品的外观,记录图片,如有异常外观,需重新取样;

4.2.3  声扫测试,如灯珠内部有分层现象,需重新取样。

4.3 恒温恒湿试验和回流焊试验

4.3.1  前处理:125~130℃烘烤至少24h;

4.3.2  湿气渗浸(恒温恒湿存储),根据不同等级表1选择温湿度和时间;

4.3.3  回流焊:从恒温恒湿箱取出样品后,在不短于15min、不长于4h小时内,使用台式回流焊机对样品进行回流焊三个周期,回流焊之间的间隔时间最短5分钟,最长60分钟。

注:需要与客户确认样品适合无铅焊接还是有铅焊接。针对LED灯珠建议选择无铅焊接(260℃)。

4.4  记录试验后数据

4.4.1  测试每个样品的光电参数,包括正向电压、光通量(光强)、反向漏电流、色坐标、主波长;

4.4.2  观察每个样品的外观,记录图片;

4.4.3  声扫测试。

4.5  不良标准判定

4.5.1  测试样品中出现下面任何一项,均视为无法通过该等级测试,需要降低一个等级后重新测试:

4.5.2  光学显微镜下,观察到有裂缝或分层;

4.5.3  光电参数变化超过AECQ102或IEC60810或客户指定;

4.5.4  声扫测试有分层。

4.6 AECQ102&IEC60810测试标准

AECQ102

IEC60810
 光通量:试验前后变化超过±20 光通量:试验前后变化超过±20或±30%
 色坐标:x或y坐标变化超过0.02 色坐标:x或y坐标变化超过0.01
 主波长:变化超过2nm 正向电压:变化超过10%
 正向电压:变化超过10%

五、测试标准

1.  IPC/JEDEC J-STD-020D.1 非密封型固态表面贴装组件的湿度/回流焊敏感性分类

2.  IPC/JEDECJ-STD-035 声学显微镜用于非气密封装电子元件

3.  SJ/T 11394-2009半导体发光二极管测试方法


  附:表1 湿气敏感等级

等级

车间寿命

渗浸要求

标准

加速当量

时间

条件

时间

(小时)

条件

时间

(小时)

时间

(小时)

条件

1

不限

≤30℃/85%RH

168+5/-0

85℃/85%RH

NA

NA

NA

2

1年

≤30℃/60%RH

168+5/-0

85℃/60%RH

NA

NA

NA

2a

4周

≤30℃/60%RH

696+5/-0

30℃/60%RH

120+1/-0

168+1/-0

60℃/60%RH

3

168小时

≤30℃/60%RH

192+5/-0

30℃/60%RH

40+1/-0

52+1/-0

60℃/60%RH

4

72小时

≤30℃/60%RH

96+2/-0

30℃/60%RH

20+0.5/-0

24+0.5/-0

60℃/60%RH

5

48小时

≤30℃/60%RH

72+2/-0

30℃/60%RH

15+0.5/-0

20+0.5/-0

60℃/60%RH

5a

24小时

≤30℃/60%RH

48+2/-0

30℃/60%RH

10+0.5/-0

13+0.5/-0

60℃/60%RH

6

标签时间(TOL)

≤30℃/60%RH

TOL

30℃/60%RH

NA

NA

NA










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