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重視潮濕敏感元件問題提高產品可靠性

上網時間: 2001年09月15日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Phil Zarrow  MSD  潮濕敏感元件  受潮  乾燥 

線路板裝配廠商在組裝之前,為防止PCB因受潮而產生焊接不良通常要對其進行烘乾處理,但卻往往會忽視零組件如積體電路的受潮。積體電路塑封體的吸潮不僅僅是一個乾燥的問題,應該在裝配中認真加以對待。儘管它自表面封裝技術出現時就已存在,但直到最近才引起應有的廣泛關注。

積體電路封裝中採用的熱固性環氧材料看起來似乎是防潮的,但實際情況恰恰相反,隨著時間推移,IC上的塑料密封劑會從周圍環境中吸收潮氣,吸潮程度與實際塑料化合物成分、運輸儲藏條件及生產線環境濕度等因素有關。在回流焊過程中,元件將經歷一個溫度迅速變化的過程,其內部如果吸收有濕氣就會轉變為過熱蒸汽,蒸氣壓的突變將導致封裝發生膨脹。

封裝的膨脹程度取決於下列因素:塑料組成成分、實際吸收濕氣的數量、溫度、加熱速度以及塑料的厚度,當由此引起的壓力超過塑料化合物的彎曲強度時,封裝就可能會裂開,或至少在界面間產生分層。請記住不同的封裝其開裂程度並不相同,有時破裂會導致元件脫離線路板,即“爆米花效應”,但很多時候這類缺陷要到產品應用出問題時才會被發現。

IPC/JEDEC J-STD-033針對潮濕敏感元件(MSD)問題,提出了傳輸、包裝、運送及應用方面的建議和要求。簡言之,MSD元件生產商必須於回流焊之前對元件進行測試,並根據它在30℃和60%相對濕度條件下的最長儲存時間進行分級。在運送到組裝廠商之前,元件應放在乾燥的包裝中並標識正確。從理論上講,乾燥包裝一旦打開後,元件必須在規定的時間內完成裝配和回流焊。

關於MSD有一個有趣的誤解,即認為當先前已暴露在空氣中的MSD重新放於乾燥袋或置於乾燥箱中後,便無須再考慮使用期限。將貼片機上不用的MSD重新放入乾燥環境是一個較為普遍也是很好的做法,但是只要元件暴露在空氣中超過一個小時,就會吸入濕氣。室溫下濕氣擴散是一個非常緩慢的過程,事實上研究表明,吸入的濕氣會朝著封裝中心擴散並接近晶片邊緣,有可能會造成嚴重損壞。

因此,正確的做法是將元件暴露的時間全部累計起來,從元件來料、托盤到卷盤的再分裝、元件貼放系統上料和取料一直到元件裝配在PCBA上並通往回流焊爐。對物流管理來說,MSD的正確保管和處理是極謹慎的處理步驟。

最近在加拿大魁北克一家名為Cogiscan的新公司?,一群技術人員設計了一個非常實用的解決方案,他們用一個跟蹤系統監控MSD的行蹤和狀態,從它一進入裝配廠起一直到通過貼片機貼放到線路板上為止。該公司開發了一個MSD跟蹤系統,採用無線頻率識別(RFID)高級自動辨別技術,將RFID發射器貼在元件托盤和卷盤上如同一個電子標籤,這些標籤中含有可程式儲存晶片,可儲存包括過期日期和時間等所有相關的元件信息。

在卷盤應用中,RFID晶片和天線裝在一個小而薄的圓片內,圓片則置入透明袋並貼在卷盤表面上(圖1)。當然卷盤內元件用完後,圓片可以取出以便將來重新設置數據重复使用。對於托盤,RFID系統則放在一個很小不會造成妨礙的彈簧塑料夾中,夾在JEDEC托盤末端突出部位,這種夾子也非常容易取下重复使用。夾子和圓片均設計為可承受標準烘烤條件,和它們進行通訊的是一個小型工作站,具有CPU及相應軟硬體。

一般情況下,卷盤和托盤MSD在進料檢查或庫房內貼上電子標籤並做初始化,接著用工作站對標籤進行原始數據處理,將和元件有關的所有信息記錄在標籤上,包括潮濕敏感數據。也可記錄元件其它方面的信息,如數量、編號、日期代碼和接收報告號等,對於已有的元件編號,還可從數據庫中查到這些信息。根據測到的環境溫度和相對濕度對最大儲存時間進行自動調整,這就實現了J-STD-033的夢想。

整個裝配區域不管哪?,只要有MSD暴露在乾燥袋外,那?就設有工作站,標籤經過天線時即可完成更新。天線裝在一個特別設計的支撐盤中,作業員則在一個易用的電腦菜單指導下進行相關作業。因此每次將元件移到一個不同的環境或從乾燥袋、乾燥箱、烘箱及貼放機放入/取出時,標籤均會被更新,軟體根據IPC/JEDEC標準和在空氣中暴露的全部記錄計算出元件的剩餘壽命。

此外,設計人員的顧慮也包括了可直接用條形碼閱讀器閱讀乾燥袋上的標籤,以及當元件即將或已經達到儲存壽命期限時系統會發出警報。實際上這種追蹤方法的用途還不止是MSD,MSD僅是一個良好且較急需的一個開端。

該系統使J-STD-033能以一種經濟易用的方式投入應用,它可減少人為錯誤如不必要的烘烤,因為這樣將會降低元件可焊性,並使材料流向發生混亂。

作者:Phil Zarrow


總裁


ITM Consulting




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