重视潮湿敏感器件问题提高产品可靠性

摘要：线路板装配厂商在组装之前，为防止PCB因受潮而产生焊接不良通常要对其进行烘干处理，但却往往会忽视元器件如集成电路的受潮。集成电路塑封体的吸潮不仅仅是一个干燥的问题，应该在装配中认真加以对待。尽管它从表面封装技术出现时就已经存在，但直到最近才引起应有的广泛关注。

集成电路封装中采用的热固性环氧材料看起来似乎是防潮的，但实际情况恰恰相反，随着时间推移，IC上的塑料密封剂会从周围环境中吸收潮气，吸潮程度与实际塑料化合物成分、运输储藏条件及生产线环境湿度等因素有关。在回流焊过程中，元件将经历一个温度迅速变化的过程，其内部如果吸收有湿气就会转变为过热蒸汽，蒸气压的突变将导致封装发生膨胀。

封装的膨胀程度取决于下列因素：塑料组成成分、实际吸收湿气的数量、温度、加热速度以及塑料的厚度，当由此引起的压力超过塑料化合物的弯曲强度时，封装就可能会裂开，或至少在界面间产生分层。请记住不同的封装其开裂程度并不相同，有时破裂会导致元件脱离线路板，即“爆米花效应”，但很多时候这类缺陷要到产品应用出问题时才会被发现。

IPC/JEDEC J-STD-033针对潮湿敏感器件(MSD)问题，提出了传输、包装、运送及应用方面的建议和要求。简言之，MSD元件生产商必须于回流焊之前对元件进行测试，并根据它在30℃和60％相对湿度条件下的最长存储时间进行分级。在运送到组装厂商之前，元件应放在干燥的包装中并标识正确。从理论上讲，干燥包装一旦打开后，元件必须在规定的时间内完成装配和回流焊。

关于MSD有一个有趣的误解，即认为当先前已暴露在空气中的MSD重新放于干燥袋或置于干燥箱中后，便无须再考虑使用期限。将贴片机上不用的MSD重新放入干燥环境是一个较为普遍也是很好的做法，但是只要元件暴露在空气中超过一个小时，就会吸入湿气。室温下湿气扩散是一个非常缓慢的过程，事实上研究表明，吸入的湿气会朝着封装中心扩散并接近裸片边缘，有可能会造成严重损坏。

因此，正确的做法是将元件暴露的时间全部累计起来，从元件来料、托盘到卷盘的再分装、元件贴放系统上料和取料一直到元件装配在PCBA上并通往回流焊炉。对于物流管理来说，MSD的正确保管和处理真是一件很可怕的事。

最近在加拿大魁北克一家名为Cogiscan的新公司里，一群天才的技术人员设计了一个非常实用的解决方案，他们用一个跟踪系统监控MSD的行踪和状态，从它一进入装配厂起一直到通过贴片机贴放到线路板上为止。该公司开发了一个MSD跟踪系统，采用无线频率识别(RFID)高级自动辨别技术，将RFID发射器贴在元件托盘和卷盘上如同一个电子标签，这些标签中含有可编程存储芯片，可储存包括过期日期和时间等所有相关的元件信息。

在卷盘应用中，RFID芯片和天线装在一个小而薄的圆片内，圆片则置入透明袋并贴在卷盘表面上(图1)。当然卷盘内元件用完后，圆片可以取出以便将来重新设置数据重复使用。对于托盘，RFID系统则放在一个很小不会造成妨碍的弹簧塑料夹中，夹在JEDEC托盘末端突出部位，这种夹子也非常容易取下重复使用。夹子和圆片均设计为可承受标准烘烤条件，和它们进行通讯的是一个小型工作站，带有CPU及相应软硬件。

一般情况下，卷盘和托盘MSD在进料检查或库房内贴上电子标签并做初始化，接着用工作站对标签进行原始数据处理，将和元件有关的所有信息记录在标签上，包括潮湿敏感数据。也可记录元件其它方面的信息，如数量、批号、日期代码和接收报告号等，对于已有的部件号，还可从数据库中查到这些信息。根据测到的环境温度和相对湿度对最大存储时间进行自动调整，这就实现了J-STD-033的梦想。

整个装配区域不管哪里，只要有MSD暴露在干燥袋外，那里就设有工作站，标签经过天线时即可完成更新。天线装在一个特别设计的支撑盘中，操作员则在一个易用的电脑菜单指导下进行相关操作。因此每次将元件移到一个不同的环境或从干燥袋、干燥箱、烘箱及贴放机放入/取出时，标签均会被更新，软件根据IPC/JEDEC标准和在空气中暴露的全部记录计算出元件的剩余寿命。

设计人员还考虑得很周全，例如可直接用条形码阅读器阅读干燥袋上的标签，以及当元件即将或已经达到存储寿命期限时系统会发出警报。实际上这种追踪方法的用途还不止是MSD，MSD不过是一个很好而且也是比较急需的一个开端。

该系统使J-STD-033能以一种经济易用的方式投入应用，它可减少人为错误如不必要的烘烤，因为这样会降低元件可焊性而且使材料流向发生混乱。

作者：Phil Zarrow

总裁

ITM Consulting