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凡亿专栏 | 芯片贴片前为什么要烘烤?有哪些注意事项
芯片贴片前为什么要烘烤?有哪些注意事项

最近遇到一个问题,公司有一批存放时间超期的IC物料,因为不想浪费想要用掉,需要给出是否能用的意见,风险有多大。


 一般来说,这种情况可以直接让供应商给出意见,我们照着做就好。不过问题既然遇到了,并且当下网络资源这么发达,于是花了些时间,具体看了看超期物料如果要使用的话,到底需要怎么处理,有哪些注意事项,系统性做个总结。



芯片有保质期吗


 第一个问题,存放好几年的芯片,为什么需要特别处理呢?是因为芯片有保质期吗?但是好像也不对,很多电子产品寿命也有个10年8年的,也没听说是因为IC芯片寿命到了。但是如果没有保质期,那为什么又会问存放久一点的芯片要特殊处理呢?


 主要原因是因为,长期存放,周围环境中的湿气会通过包装材料渗透到包装内部,并在不同材料的表面聚结。在组装工艺中,SMD 元件贴装在 PCB 上时会经历超过 200℃,在焊接时,湿气的膨胀会造成一些列的焊接品质问题——比如爆米花现象。

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所以说,芯片不支持长期存放,原因是因为受潮后高温容易坏,但是如果芯片已经贴在了板子上面送到了客户手中,即使芯片也会吸收空气中的湿气,但是少了焊接的高温这一步,也就没有这个问题了。


 因此,如果说我们能确保芯片存储一直不会受潮,理论上芯片是没有保质期的。但是结合实际经验,不管用什么包装,时间久了,难免还是会受潮,所以我们会对芯片的年份有要求,就是担心存储不当,导致不良率变高。


 那问题来了,芯片该如何存放呢 ?


 湿敏等级MSL


 IC一般属于湿敏元器件,不同的IC会有各自的湿敏等级,缩写为“MSL”,全称为“Moisture Sensitivity Levels”,不同的等级有不同的存储要求,总共分为8级,不同等级的器件拆分后有不同的存放条件,参考标准“J-STD-020E”如下表所示:


湿敏等级(MSL)

拆封后到焊接时间要求

(车间寿命:floor life)

拆封后存放条件

1

无要求


温度≤30 °C;湿度 ≤85%RH


2

1年


 

 

 

温度≤30 °C;湿度 ≤60%RH


2a

4周



3

168小时



4

72小时



5

48小时



5a

24小时



6

使用前必须烘烤,并在标签规定的时间内过炉



 

湿敏元件的标示


 湿敏元件的警示标签和湿敏等级一般会标注在防潮/防静电的外包装上面,如下图所示:

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可以看到,器件的外包装一般会明确器件的湿敏等级,存储期限,拆封后焊接时间要求,还有烘烤要求。


 下图给找了个实物样例,兄弟们可能平时不太关注上面的字

af1f71739477f3f0bfdd9057c58190.jpg

4f9ac15db17dd4e4abd5a43fcacc86.jpg

上面提到了湿度指示卡,这又是个什么东西呢?


 湿度指示卡


 我就直接把J-STD-033规范里面的湿度指示卡内容截出来了

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为什么会有这个东西了,我的理解是,虽然外包装上面有存储时间要求,还有存储的温度和湿度要求,但是执行的时候并不会严格按照这个要求执行,而这些存储要求主要就是为了解决湿气对芯片的影响。芯片拆包的时候,也就是我们使用芯片的时候,我们根据这个指示卡就知道芯片实际到底有没有受潮。


 另外,从上面规范截图可以看到,其已经规定了显示卡如果有变色的不同处理方式,什么情况下该烘烤,什么时候需要换干燥器,什么时候需要报废处理:


20%色圈变粉色:需要烘烤


10%色圈变粉色:需要烘烤


8%色圈变粉色:需要换干燥剂


如果色圈有被润湿扩散的现象,则报废处理。


 我们贴片前经常要求厂家进行烘烤,那么烘烤的温度和时间是如何控制的呢?


 烘烤


 烘烤的温度和时间,是和器件的湿敏等级,还有器件的封装有关系,如下表,标准STD-033D给出的烘干参考条件如下:


 

 

封装本体

 

 

等级

在125℃( 10℃/-0℃)

≤5%条件下烘烤

在90℃( 10℃/-0℃)<5%<>条件下烘烤

在0℃( 5℃/-0℃)<5%<>条件下烘烤




超出现场寿命>72小时

超出现场寿命<72小时

超出现场寿命>72小时

超出现场寿命<72小时

超出现场寿命>72小时

超出现场寿命

<72小时



  厚度

<0.5mm<>

2


不要求


不要求


不要求


不要求


不要求


不要求


2a


1小时


1小时


2小时


1小时


12小时


8小时



3


1小时


1小时


3小时


1小时


22小时


8小时



4


1小时


1小时


3小时


1小时


22小时


8小时



5


1小时


1小时


3小时


1小时


23小时


8小时



5a


1小时


1小时


4小时


1小时


26小时


8小时



 

厚度

>0.5mm

小于0.8mm

2


不要求


不要求


不要求


不要求


不要求


不要求


2a


4小时


3小时


15小时


13小时


4天


3天



3


4小时


3小时


15小时


13小时


4天


3天



4


4小时


3小时


16小时


13小时


4天


3天



5


4小时


3小时


16小时


13小时


4天


3天



5a


4小时


3小时


16小时


13小时


4天


3天



 

厚度

>0.8mm

小于1.4mm

2


不要求


不要求


不要求


不要求


不要求


不要求


2a


8小时


6小时


25小时


20小时


8天


7天



3


8小时


6小时


25小时


20小时


8天


7天



4


9小时


6小时


27小时


20小时


10天


7天



5


10小时


6小时


28小时


20小时


11天


7天



5a


11小时


6小时


30小时


20小时


12天


7天



 

厚度

>1.4mm

小于2.0mm

2


18小时


15小时


63小时


2天


25天


20天


2a


21小时


16小时


3天


2天


29天


22天



3


27小时


17小时


4天


2天


37天


23天



4


34小时


20小时


5天


3天


47天


28天



5


40小时


25小时


6天


4天


57天


35天



5a


48小时


40小时


8天


6天


79天


56天



 

厚度

>2.0mm

小于4.5mm

2


48小时


48小时


10天


7天


79天


67天


2a


48小时


48小时


10天


7天


79天


67天



3


48小时


48小时


10天


8天


79天


67天



4


48小时


48小时


10天


10天


79天


67天



5


48小时


48小时


10天


10天


79天


67天



5a


48小时


48小时


10天


10天


79天


67天



特指BGA封装>17mm×17mm或者任何堆叠晶片封装

  2~5a

 

 

 

96h


根据封装本体厚度和潮湿等级,参考 以上要求


不适用


根据封装本体厚度和潮湿等级,参考 以上要求


不适用


根据封装本体厚度和潮湿等级,参考 以上要求


 

芯片烘烤是常规操作,那它有没有什么负面的影响呢?


 烘烤会有氧化的问题


 我们烘烤一般选择是高温烘烤,高温可能会导致端子氧化或者金属间化合物生长,如果氧化过度,可能会造成器件虚焊等问题。因此,基于可焊性的考虑,必须对烘烤温度和时间加以限制。如果供应商没有额外的说明,温度在90℃到125℃之间的累计烘烤 时间不应超过96小时。如果烘烤时间不超过90℃,则烘烤时间不受限制。如果没有咨询供应商,烘烤温度不允许超过125℃。


 应该能明白,烘烤只能解决湿气受潮的问题,如果器件存储不当已经氧化,烘烤是不能去除氧化层的。


 烘烤的注意事项


 网上查了些资料/视频,烘烤还有一些其他的注意事项,比如芯片的包装是否能扛住烘烤的高温?


 温度过高的话,托盘,管筒,卷带等材料也会释放出不明气体,会影响元器件的焊接。


托盘通常说可以在温度125℃的条件下烘烤,具体还是要看托盘上面标注的烘烤温度。低温的托盘,管筒,卷带,烘烤温度不能高于60℃。

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