IPC-M-109与电子工业潮湿敏感元件用电子防潮箱的防护

一，潮湿对电子元器件造成的危害
当电子元器件朝着小型化和廉价化方向发展，塑料封装就成为了一项标准做法。但潮湿气体会透过封装材料及元器件的接合面进入到器件的内部，一方面造成内部电路氧化腐蚀短路，另一方面当SMD器件吸湿度率达到0.1wt%时，在电子元器件组装焊接过程中的高温会使进入IC内部的潮湿气体受热膨胀产生足够的压力，使塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)、线捆接损伤、芯片损伤、和不会延伸到元件表面的内部裂纹等。甚至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，又称为“爆米花”，这将导致返修甚至要废弃该组装件。更为重要的是那些看不见的、潜在的缺陷会溶入到产品中去。
非IC类电子元器件也会受到潮湿的危害。如印刷电路板吸湿度率达到0.2wt%时，也会导致裂纹和分层；继电器的触点受潮氧化，导致接触不良；硅晶体氧化；其它诸如陶瓷器件、液晶器件、石英器件、光电器件、红外与激光器件、连接线、接插件等等，都会受到潮湿的危害。
潮湿对电子元器件的危害，已成为一项非常严峻的事情，随着潮湿敏感性元件使用的增加，诸如薄的密间距元件(fine-pitch device)和球栅阵列(BGA, ball grid array)，这个问题就越严重。
二，关于IPC-M-109标准
为确保潮湿气体不进入器件中，美国电子工业联合会（IPC）和电子元件焊接工程协会（JEDEC）之间共同研究制定和发布了 IPC-M-109, 潮湿敏感性元件标准和指引手册。
IPC-M-109统一和修订了两个以前的标准：IPC-SM-786 和JEDEC-JESD-22-A112（这两个文件现在都过时了）。新的标准包含有许多重要的增补与改动。
IPC-M-109包括以下七个文件，其中关于潮湿敏感元件防护的文件有：
（1），IPC/JEDEC J-STD-020 塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类
该文件的作用是帮助制造厂商确定元器件对潮湿的敏感性，并列出了八种潮湿分级和车间寿命(floor life)。
潮湿敏感水平 SMD防湿包装拆开后暴露的环境 车间寿命：
1 级 暴露于小于或等于30°C/85% RH 没有任何车间寿命
2 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH 一年车间寿命
2a 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH 四周车间寿命
3 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH 168小时车间寿命
4 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH 72小时车间寿命
5 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH 48小时车间寿命
5a 级 暴露于小于或等于30°C/60% RH 24小时车间寿命
6 级 暴露于小于或等于30°C/60%RH 72小时车间寿命
(对于6级，元件使用之前必须经过烘焙，并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流。)
增重(weight-gain)分析用来确定确定一个估计的车间寿命，而失重(weight-loss)分析用来确定需要用来去掉过多元件潮湿的干燥时间
（2），IPC/JEDEC J-STD-033 潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准
该文件提供处理、包装、装运和干燥潮湿敏感性元件的推荐方法。
干燥包装涉及将潮湿敏感性元件与去湿剂、湿度指示卡和潮湿敏感注意标贴一起密封在防潮袋内。标贴含有有关特定温度与湿度范围内的货架寿命、包装体的峰值温度(220°C或235°C)、开袋之后的暴露时间、关于何时要求烘焙的详细情况、烘焙程序、以及袋的密封日期。
潮湿敏感水平为1 级的，装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是不要求的，除非元件分类到235°C的回流温度。
潮湿敏感水平为2 级的，装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。
潮湿敏感水平为2a5a 级的，装袋之前干燥是要求的，装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的。
潮湿敏感水平为6 级的。装袋之前干燥是可选的，装袋与去湿剂是可选的、标贴是要求的。
IPC的干燥包装之前的预烘焙推荐是：
包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a-5a 级别，125°C的烘焙时间范围828小时，或150°C烘焙4-14小时。
包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a-5a 级别，125°C的烘焙时间范围23-48小时，或150°C烘焙11-24小时。
包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a-5a 级别，125°C的烘焙时间范围48小时，或150°C烘焙24小时。
IPC的车间寿命过期之后的后烘焙推荐是：
包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a 5a 级别，125°C的烘焙时间范围414小时，或40°C烘焙59天。
包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a 5a 级别，125°C的烘焙时间范围1848小时，或40°C烘焙2168天.
包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a 5a 级别，125°C的烘焙时间范围48小时，或40°C烘焙67或68天。
元件干燥使用常温干燥箱去湿或烘焙两种方法之一。
烘焙去湿
烘焙比比较复杂。基于潮湿敏感水平级别不同和包装厚度的不同，有一些干燥包装前的预焙的推荐方法。但指出烘焙温度可能造成引脚氧化或引起过多的金属间增生(intermetallic growth)从而降低引脚的可焊接性。并不要将元件存储在烘焙温度下的炉子内。
常温干燥箱去湿：
对于潮湿敏感水平为2-4级的防湿包装拆开后的SMD，如暴露在小于或等于30°C/60% RH环境下，将其放入湿度为10%RH的常温干燥箱中，经过暴露时间 X 5倍的除湿保管时间，可以恢复原来的车间寿命。
对于潮湿敏感水平为5-5a级的防湿包装拆开后的SMD，如暴露在小于或等于30°C/60% RH环境下，将其放入湿度为10%RH的常温干燥箱中，经过暴露时间 X 10倍的除湿保管时间，可以恢复原来的车间寿命
（3），IPC-9503 非IC元件的潮湿敏感性分类
该文件的作用是帮助制造厂商确定非IC元件的电子元器件对潮湿的敏感性和防护要求。
三，结论
IPC-M-109为电子制造厂商潮湿对电子元器件的危害问题提供了标准和方法,只要认真贯彻执行，可将有效地将潮湿对电子元器件的危害降到最低程度。
文/东莞爱酷防潮设备科技有限公司-黄