电路板设计中如何处理潮湿敏感性元件

涉及塑料集成电路（IC）潮湿敏感性的情况渐渐地变得越来越坏，这是由于许多工业趋势所造成的，其中包括对用来支持关键通信和技术应用的更高可靠性产品的不断寻求。单单潮湿敏感性元件（MSD， moisture-sensitive device）的失效率已经是处在一个不可忍受的水平，再加上封装技术的不断变化。更短的开发周期、不断缩小的尺寸、新的材料和更大的芯片正造成MSD数量的迅速增长和潮湿/回流敏感性水平更高。最后，诸如BGA、CSP这类面积排列封装的使用量增长也已经有重大影响。这是因为这些元件倾向于封装在盘带（tape-and-reel）系统中，每个盘带具有大数量的元件。当与IC托盘中的引脚元件比较时，关键的问题是对潮湿暴露的时间更长了。 发外加工的影响 或许最重要的因素是合约制造商与大规模用户化的不断增长。在印刷制造工业中，这变成了“高度混合”的生产，批量的减少使得装配线上产品转换更多，导致MSD的暴露时间增加。每一次SMT生产线转换到一个新产品，多数已经装载在贴装机器上的元件必须取下来，造成许多部分使用的托盘和盘带需要暂时储存，以后使用。这样储存的MSD在回到装配线和最后焊接回流工艺之前，很可能超过其关键的潮湿含量。因此，在设定和处理期间，必须把暴露时间增加时间到干燥储存时间。 IPC/JEDEC标准 MSD的分类、处理、包装、运输和使用的指引已经在工业标准J-STD-023中有清楚的定义，这是一个美国工业联合会（IPC）与焊接元件工程委员会（JEDEC）联合出版物。该文件在1999年发行，主要统一和修订了两个以前的标准：IPC-SM-786和JEDEC-JESD22-A112（这两个文件现在都过时了）。新的标准包含许多重要的增补与改动，必须遵循以更新现有的制造系统和程序。 总而言之，该标准要求MSD适当地分类、标记和封装在干燥的袋子中，直到准备用来PCB装配。一旦袋子打开，每个元件都必须在一个规定的时间框架内装配和回流焊接。标准要求每一卷或每一盘MSD的总计累积暴露时间都应该通过完整的制造工艺进行跟踪，直到所有零件都贴装。适当的材料补给应该有效的减小储藏、备料、实施期间的暴露时间。另外，该标准还提供灵活性，以增加或减少最大的生产寿命，这一点是基于室内环境条件和烘焙时间。 制造程序综述 虽然在一个规定的生产寿命内装配MSD的原则听起来象是一个直截了当的要求，但是在生产环境中的实际实施总是有挑战性的。因为标准有时被误解（并且没有简单的按照要求去做的方法），在工厂与工厂的实际制造程序之间存在很大的差别。例如，还有公司根本没有成文的制造程序来跟踪和控制MSD.相反，有些公司已经建立一些非常麻烦的系统，消耗许多时间和能量，生产操作员几乎不可能跟随。 在这些极端之间，大多数公司都以许多的假设条件，建立可行的简化的工作程序。可是，这样又造成在装配那些需要烘焙的元件时也把不需要的给一起烘焙了。第一种情形将影响材料的可获得性、可焊性，和导致昂贵元件的浪费。其它情况将影响到最终产品的可靠性。不幸的是，在许多组织中，MSD的工作程序是许多年以前建立的，没有定期修订。元件、产品混合、材料供给、装配工艺、设备和标准的变化都不能反映出来，因此其有效性大打折扣。 MSD的标识 与MSD控制有关的首要问题是拖盘和带卷的标识，一旦从其保护性干燥袋中取出后，这些有元件的拖盘和带卷怎样标识？如果元件不是在干燥袋中收到的，或者如果袋子没有适当地标识，那么有可能当作非潮湿敏感元件处理的危险。材料处理员和操作员必须有一种方便可靠的方法来确认零件编号和有关的信息，包括潮湿敏感性级别。 MSD的大多数都包装在符合标准JEDEC/EIAJ外形的塑料IC拖盘内。不幸的是，这些拖盘没有可以贴标签的表面空间。在多数情况中，单个的拖盘都非直接地进行标识，用纸或标贴放在货架、机器送料器、干燥室、袋等。所有数据都必须通过不同的步骤从原来的标签转移过来。那些在SMT生产线呆过一定时间的人都知道由于跟踪拖盘包装的元件所造成的巨大困难，以及由此产生的人为错误。 应当肯定，把标识标签放在塑料卷盘上是比较容易的。可是，可用于标贴的表面相差很大（决定于卷盘的设计）。有时卷盘含有大的开口，对于较大的标签稍微复杂。一个典型的卷盘应该有多个标签，有整个生产和元件分流周期所要求的各种条形码和可读数据。因为没有建立标识的标准格式，装配者除了所有其它标签之外有时被迫增加个人标签，这使得处理这类元件变得非常混乱。 因此，当卷盘含有MSD时，它们应该清楚地标识其敏感性级别。尽管如此，甚至但卷盘有适当的标识时，这些信息在卷盘装载在送料器或装在贴片机的相邻送料器时，可能变得不可阅读。 不跟踪暴露时间的危害 或许最坏的情况就是，一些装配制造商依靠其材料补给系统（刚好及时[JIT]/早进早出[FIFO]）来保证所有元件都将在所规定的时间限制内装配。这在过去是可以忍受的，但是现在，元件技术的不断变化和不断增加的生产混合度使得这成为一个非常危险的情况。事实上，大多数装配制造商不知道元件暴露多长时间和MSD超过其最大生产寿命有多频繁，因为这些信息没有跟踪。 实际的危险水平可以用一个实际的例子来说明：假设一个卷盘含有850个BGA，一个产品要求每板一个零件。象大多数PBGA一样，该零件被分为第四级，生产寿命为72小时。这意味着当卷盘装上贴片机之后，生产线的平均运行速度必须超过每小时12块板，一天24小时，不能中断地三个整天在期限来到之前将所有元件贴装完。然后加上零件在SMT生产线设定期间的暴露时间（希望不要有预先将MSD准备在送料器上），和其它常见的情形，如生产计划的变化、缺料、停机等情况。最后，在多数生产环境中，每天有一次以上的产品转换，造成多次的设定。那么有关的暴露时间将会延长，因为同一个卷盘要从贴片机上下多次。当考虑所有的暴露因素时，很明显大量的MSD在回流焊接之前将超过其规定的生产寿命。