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封装湿敏零件烘烤常见问题整理

2014-01-17 11:14:43| 分类：默认分类 | 标签： |举报 |字号大中小订阅

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1. 零件重新烘烤的目的？

首先应该要先了解湿气会对那些电子零件造成伤害？就我的了解湿气会对零件的焊脚产生氧化，造成焊锡性不良的后果；另外，湿气如果进入封装包装的零件，如IC封装零件，当这些零件经过急速加热的过程时，如Reflow，其内部的湿气水分子会因为加热而快速膨胀其体积，这时候如果湿气无法有效的逸出封装零件的内部，就会因为水分子体积的膨胀而从零件的内部撑开造成分层(de-lamination)，甚至从零件的内侧爆开形成爆米花(popcorn)…等后果。
所以，如果零件的焊脚已经氧化了，基本上氧化是一种不可逆的反应，也就是说重新烘烤无法使已经氧化的焊脚回到没有氧化前的状态。所以烘烤的最主要目的在去除封装零件的内部湿气，以避免零件流经回流焊(reflow)时产生分层或爆米花的问题。

2. 哪些零件需要重新烘烤？

就如同前述，烘烤的目的在去除零件的内部湿气，以避免零件经过回流焊(reflow)时产生分层或爆米花的问题。所以原则上只要是采用封装的零件（一般泛指IC零件），特别是需要通过回流焊(reflow)的封装零件，只要有受潮的疑虑，都应该要重新烘烤。
至于手焊零件或是经过波峰焊(wave soldering)的封装零件如果受潮是否也需要烘烤？在J-STD-033B文件中并没有明确规定，虽然手焊及波峰焊作业比起回流焊加诸在零件本体的温度低很多，但如果时间上允许的话，个人还是建议应该要比照J-STD-033B来烘烤受潮的封装零件才比较妥当，毕竟其作业时的温度还是远远超过水的沸点，还是有造成零件分层的机会。

3. 需要烘烤多久的时间？

封装零件烘烤的时间可以参考J-STD-033B第四章节的干燥条款，以及表格4-1、4-2、4-3来执行烘烤的时间与温度控制。
表格4-1列出在用户端的SMD封装组件超出车间寿命或发生其他超出湿气暴露时间情况下重新烘烤的条件。
格4-2列出供货商或批发商在干燥包装以前的烘烤条件，以及所允许的最大制造厂暴露时间(MET)。
表格4-3根据4.1条款归纳在使用者端重计或暂停车间寿命计时的条件。

4. 卷带包装(reel)是否可以放进烤箱烘烤？

根据J-STD-033B章节4.2.1及4.2.2的规定，一般的湿敏零件的包装都必须标示其包装是否为可以承受125℃的高温烘烤，或是无法承受超过40℃的低温包装。一般如果没有标示就表示可以承受125℃的高温烘烤。
如果包装材料为低温包装，烘烤的时候就必须要移除所有的包装，等烘烤完毕后再重新装回原来的包装。
不论是高温或低温包装，烘烤前必须把原本的纸类及塑料容器（如纸板、泡泡袋、塑料包装…等）挑出来，管塞(rubber band)及tray盘带在高温(125℃)烘烤前也必须挑出来。

5. 为何有厂商宣称其低湿干燥箱可以防止湿敏零件的潮害影响，其作用何在？

根据J-STD-033B章节4.2.1.1及4.2.1.2的说明，湿敏等级(MSL) 2, 2a, 3 的组件曝露于车间的时间如果小于12 小时，且放置于≦30°C/60%RH 环境下，只要将其放置于10%RH以下的干燥包装或是干燥柜内，经过5倍暴露于大气的时间，不需经过烘烤即可重计零件的车间时间(Floor life)。
另外，MSL 4, 5, 5a 组件曝露于车间的时间如果小于 8 小时，且放置于≦30°C/60%RH 环境下，只要将其放置于5%RH以下的干燥包装或是干燥柜内，经过10倍暴露于大气的时间，不需经过烘烤即可重计零件的车间时间(Floor life)。
所以，才会有厂商宣称，当湿敏零件开封后未用时，可以将之放置于5%RH以下的电子干燥柜内以暂停或重计其车间时间。但干燥柜的存放空间毕竟有限，建议还是在使用前才零件的开启干燥包装，以确保零件不会受潮，而且还要控制工厂车间的温湿度≦30°C/60%RH以内。

6. 干燥剂可否重复使用？

根据J-STD-033B章节4.1.2说明，干燥包装内的干燥剂如果仅暴露于30℃/60%RH以下的工厂环境中，而且时间不超过30分钟，则原来的干燥剂可以重新使用。但前提是干燥剂没有受潮也没有破损。

7. 零件是否可以重复烘烤？是不是烘烤得越久越好？有没有烘烤限制？

根据J-STD-033B章节4.2.7.1的说明，零件过度烘烤可能会导致零件氧化或生成共金(intermetallic)，进而影响焊接以及电路板组装的质量，为了保证焊锡性，有必要控制零件烘烤的时间和温度。除非供货商有特殊的说明，否则零件在90℃～120℃的累计烘烤时间不可以超过96个小时。如果烘烤温度在90℃以下，则没有烘烤时间的限制。烘烤温度如果需要高于125℃，必须洽询供货商，否则是不被允许的。
另外，IC封装的胶体所使用的 Compound 反复经过高温（>Tg(玻璃转化温度)）后，就会造成材料的变质变脆，而且高温的环境下也会让IC内部原本形成的IMC加快其电子迁移的速度，当IMC的孔洞增加后，其原先的 wire bond 就容易脱落，造成开路等的质量问题，所以烘烤的时间是否越久越好，还蛮值得商榷，至少在高温的环境下烘烤就不是。

表格4-1列出在用户端的SMD封装组件超出车间寿命或发生其他超出湿气暴露时间情况下重新烘烤的条件。

Package body 封裝零件厚度	Level 濕敏等級	Bake @ 125°C 烘烤125°C		Bake @ 90°C/≦5%RH 烘烤90°C/≦5%RH		Bake @ 40°C/ ≦5%RH 烘烤40°C/ ≦5%RH
Package body 封裝零件厚度	Level 濕敏等級	Exceeding Floor Life by >72 h	Exceeding Floor Life by ≦72 h	Exceeding Floor Life by >72 h	Exceeding Floor Life by ≦72 h	Exceeding Floor Life by >72 h	Exceeding Floor Life by ≦72 h
Thickness ≦1.4 mm	2	5 hours	3 hours	17 hours	11 hours	8 days	5 days
	2a	7 hours	5 hours	23 hours	13 hours	9 days	7 days
	3	9 hours	7 hours	33 hours	23 hours	13 days	9 days
	4	11 hours	7 hours	37 hours	23 hours	15 days	9 days
	5	12 hours	7 hours	41 hours	24 hours	17 days	10 days
	5a	16 hours	10 hours	54 hours	24 hours	22 days	10 days
Thickness >1.4 mm ≦ 2.0 mm	2	18 hours	15 hours	63 hours	2 days	25 days	20 days
	2a	21 hours	16 hours	3 days	2 days	29 days	22 days
	3	27 hours	17 hours	4 days	2 days	37 days	23 days
	4	34 hours	20 hours	5days	3 days	47 days	28 days
	5	40 hours	25 hours	6 days	4 days	57 days	35 days
	5a	48 hours	40 hour	8 days	6 days	79 days	56 days
Thickness >2.0 mm ≦4.5 mm	2	48 hours	48 hours	10 days	7 days	79 days	67 days
	2a	48 hours	48 hours	10 days	7 days	79 days	67 days
	3	48 hours	48 hours	10 days	8 days	79 days	67 days
	4	48 hours	48 hours	10 days	10 days	79 days	67 days
	5	48 hours	48 hours	10 days	10 days	79 days	67 days
	5a	48 hours	48 hours	10 days	10 days	79 days	67 days
BGA package >17mm x17mm or any stacked die package (See Note2)		96 hours	As above per package thickness and moisture level	Not applicable	As above per package thickness and moisture level	Not applicable	As above per package thickness and moisture level

表格4-2列出供货商或批发商在干燥包装以前的烘烤条件，以及所允许的最大制造厂暴露时间(MET)。

Package Thickness 封裝零件的厚度	Level 濕敏等級	Bake @ 125C 125°C烘烤	Bake @ 150C 150°C烘烤
≦1.4 mm	2 2a 3 4 5 5a	7 Hours 8 Hours 16 Hours 21 Hours 24 Hours 28 Hours	3 Hours 4 Hours 8 Hours 10 Hours 12 Hours 14 Hours
〉 1.4mm ≦ 2.0 mm	2 2a 3 4 5 5a	18 Hours 23 Hours 43 Hours 48 Hours 48 Hours 48 Hours	9 Hours 11 Hours 21 Hours 24 Hours 24 Hours 24 Hours
〉 2.0mm ≦ 4.5 mm	2 2a 3 4 5 5a	48 Hours 48 Hours 48 Hours 48 Hours 48 Hours 48 Hours	24 Hours 24 Hours 24 Hours 24 Hours 24 Hours 24 Hours

表格4-3根据4.1条款归纳在使用者端重计或暂停车间寿命计时的条件。

MSL Level	Exposure Time @ Temp/Humidity	Floor Life	Desiccator Time @ Relative Humidity	Bake	Reset Shelf Life
2, 2a, 3, 4, 5, 5a	Anytime ≦40℃/85% RH	reset	NA	Table 4.1	Dry Pack
2, 2a, 3, 4, 5, 5a	〉floor life ≦30℃/60% RH	reset	NA	Table 4.1	Dry Pack
2a, 3, 4	〉12 hours ≦30℃/60% RH	reset	NA	Table 4.1	Dry Pack
2, 2a, 3, 4	≦12 hours ≦30℃/60% RH	reset	5X exposure time ≦10% RH	NA	NA
5, 5a	〉8 hours ≦30℃/60% RH	reset	NA	Table 4.1	Dry Pack
5, 5a	≦8 hours ≦30℃/60% RH	reset	10X exposure time ≦5% RH	NA	NA
2, 2a, 3	Cumulative time ≧floor time ≦30℃/60% RH	reset	Anytime ≦10% RH	NA	NA

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