電路板設(shè)計(jì)中如何處理潮濕敏感性元件

涉及塑料集成電路（IC）潮濕敏感性的情況漸漸地變得越來(lái)越壞，這是由于許多工業(yè)趨勢(shì)所造成的，其中包括對(duì)用來(lái)支持關(guān)鍵通信和技術(shù)應(yīng)用的更高可靠性產(chǎn)品的不斷尋求。單單潮濕敏感性元件（MSD， moisture-sensitive device）的失效率已經(jīng)是處在一個(gè)不可忍受的水平，再加上封裝技術(shù)的不斷變化。更短的開發(fā)周期、不斷縮小的尺寸、新的材料和更大的芯片正造成MSD數(shù)量的迅速增長(zhǎng)和潮濕/回流敏感性水平更高。最后，諸如BGA、CSP這類面積排列封裝的使用量增長(zhǎng)也已經(jīng)有重大影響。這是因?yàn)檫@些元件傾向于封裝在盤帶（tape-and-reel）系統(tǒng)中，每個(gè)盤帶具有大數(shù)量的元件。當(dāng)與IC托盤中的引腳元件比較時(shí)，關(guān)鍵的問(wèn)題是對(duì)潮濕暴露的時(shí)間更長(zhǎng)了。 發(fā)外加工的影響 或許最重要的因素是合約制造商與大規(guī)模用戶化的不斷增長(zhǎng)。在印刷制造工業(yè)中，這變成了“高度混合”的生產(chǎn)，批量的減少使得裝配線上產(chǎn)品轉(zhuǎn)換更多，導(dǎo)致MSD的暴露時(shí)間增加。每一次SMT生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換到一個(gè)新產(chǎn)品，多數(shù)已經(jīng)裝載在貼裝機(jī)器上的元件必須取下來(lái)，造成許多部分使用的托盤和盤帶需要暫時(shí)儲(chǔ)存，以后使用。這樣儲(chǔ)存的MSD在回到裝配線和最后焊接回流工藝之前，很可能超過(guò)其關(guān)鍵的潮濕含量。因此，在設(shè)定和處理期間，必須把暴露時(shí)間增加時(shí)間到干燥儲(chǔ)存時(shí)間。 IPC/JEDEC標(biāo)準(zhǔn) MSD的分類、處理、包裝、運(yùn)輸和使用的指引已經(jīng)在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J-STD-023中有清楚的定義，這是一個(gè)美國(guó)工業(yè)聯(lián)合會(huì)（IPC）與焊接元件工程委員會(huì)（JEDEC）聯(lián)合出版物。該文件在1999年發(fā)行，主要統(tǒng)一和修訂了兩個(gè)以前的標(biāo)準(zhǔn)：IPC-SM-786和JEDEC-JESD22-A112（這兩個(gè)文件現(xiàn)在都過(guò)時(shí)了）。新的標(biāo)準(zhǔn)包含許多重要的增補(bǔ)與改動(dòng)，必須遵循以更新現(xiàn)有的制造系統(tǒng)和程序。 總而言之，該標(biāo)準(zhǔn)要求MSD適當(dāng)?shù)胤诸?、?biāo)記和封裝在干燥的袋子中，直到準(zhǔn)備用來(lái)PCB裝配。一旦袋子打開，每個(gè)元件都必須在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間框架內(nèi)裝配和回流焊接。標(biāo)準(zhǔn)要求每一卷或每一盤MSD的總計(jì)累積暴露時(shí)間都應(yīng)該通過(guò)完整的制造工藝進(jìn)行跟蹤，直到所有零件都貼裝。適當(dāng)?shù)牟牧涎a(bǔ)給應(yīng)該有效的減小儲(chǔ)藏、備料、實(shí)施期間的暴露時(shí)間。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還提供靈活性，以增加或減少最大的生產(chǎn)壽命，這一點(diǎn)是基于室內(nèi)環(huán)境條件和烘焙時(shí)間。 制造程序綜述 雖然在一個(gè)規(guī)定的生產(chǎn)壽命內(nèi)裝配MSD的原則聽起來(lái)象是一個(gè)直截了當(dāng)?shù)囊?，但是在生產(chǎn)環(huán)境中的實(shí)際實(shí)施總是有挑戰(zhàn)性的。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)有時(shí)被誤解（并且沒(méi)有簡(jiǎn)單的按照要求去做的方法），在工廠與工廠的實(shí)際制造程序之間存在很大的差別。例如，還有公司根本沒(méi)有成文的制造程序來(lái)跟蹤和控制MSD.相反，有些公司已經(jīng)建立一些非常麻煩的系統(tǒng)，消耗許多時(shí)間和能量，生產(chǎn)操作員幾乎不可能跟隨。 在這些極端之間，大多數(shù)公司都以許多的假設(shè)條件，建立可行的簡(jiǎn)化的工作程序?？墒牵@樣又造成在裝配那些需要烘焙的元件時(shí)也把不需要的給一起烘焙了。第一種情形將影響材料的可獲得性、可焊性，和導(dǎo)致昂貴元件的浪費(fèi)。其它情況將影響到最終產(chǎn)品的可靠性。不幸的是，在許多組織中，MSD的工作程序是許多年以前建立的，沒(méi)有定期修訂。元件、產(chǎn)品混合、材料供給、裝配工藝、設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)的變化都不能反映出來(lái)，因此其有效性大打折扣。 MSD的標(biāo)識(shí) 與MSD控制有關(guān)的首要問(wèn)題是拖盤和帶卷的標(biāo)識(shí)，一旦從其保護(hù)性干燥袋中取出后，這些有元件的拖盤和帶卷怎樣標(biāo)識(shí)？如果元件不是在干燥袋中收到的，或者如果袋子沒(méi)有適當(dāng)?shù)貥?biāo)識(shí)，那么有可能當(dāng)作非潮濕敏感元件處理的危險(xiǎn)。材料處理員和操作員必須有一種方便可靠的方法來(lái)確認(rèn)零件編號(hào)和有關(guān)的信息，包括潮濕敏感性級(jí)別。 MSD的大多數(shù)都包裝在符合標(biāo)準(zhǔn)JEDEC/EIAJ外形的塑料IC拖盤內(nèi)。不幸的是，這些拖盤沒(méi)有可以貼標(biāo)簽的表面空間。在多數(shù)情況中，單個(gè)的拖盤都非直接地進(jìn)行標(biāo)識(shí)，用紙或標(biāo)貼放在貨架、機(jī)器送料器、干燥室、袋等。所有數(shù)據(jù)都必須通過(guò)不同的步驟從原來(lái)的標(biāo)簽轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)。那些在SMT生產(chǎn)線呆過(guò)一定時(shí)間的人都知道由于跟蹤拖盤包裝的元件所造成的巨大困難，以及由此產(chǎn)生的人為錯(cuò)誤。 應(yīng)當(dāng)肯定，把標(biāo)識(shí)標(biāo)簽放在塑料卷盤上是比較容易的?？墒牵捎糜跇?biāo)貼的表面相差很大（決定于卷盤的設(shè)計(jì)）。有時(shí)卷盤含有大的開口，對(duì)于較大的標(biāo)簽稍微復(fù)雜。一個(gè)典型的卷盤應(yīng)該有多個(gè)標(biāo)簽，有整個(gè)生產(chǎn)和元件分流周期所要求的各種條形碼和可讀數(shù)據(jù)。因?yàn)闆](méi)有建立標(biāo)識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)格式，裝配者除了所有其它標(biāo)簽之外有時(shí)被迫增加個(gè)人標(biāo)簽，這使得處理這類元件變得非常混亂。 因此，當(dāng)卷盤含有MSD時(shí)，它們應(yīng)該清楚地標(biāo)識(shí)其敏感性級(jí)別。盡管如此，甚至但卷盤有適當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)時(shí)，這些信息在卷盤裝載在送料器或裝在貼片機(jī)的相鄰送料器時(shí)，可能變得不可閱讀。 不跟蹤暴露時(shí)間的危害 或許最壞的情況就是，一些裝配制造商依靠其材料補(bǔ)給系統(tǒng)（剛好及時(shí)[JIT]/早進(jìn)早出[FIFO]）來(lái)保證所有元件都將在所規(guī)定的時(shí)間限制內(nèi)裝配。這在過(guò)去是可以忍受的，但是現(xiàn)在，元件技術(shù)的不斷變化和不斷增加的生產(chǎn)混合度使得這成為一個(gè)非常危險(xiǎn)的情況。事實(shí)上，大多數(shù)裝配制造商不知道元件暴露多長(zhǎng)時(shí)間和MSD超過(guò)其最大生產(chǎn)壽命有多頻繁，因?yàn)檫@些信息沒(méi)有跟蹤。 實(shí)際的危險(xiǎn)水平可以用一個(gè)實(shí)際的例子來(lái)說(shuō)明：假設(shè)一個(gè)卷盤含有850個(gè)BGA，一個(gè)產(chǎn)品要求每板一個(gè)零件。象大多數(shù)PBGA一樣，該零件被分為第四級(jí)，生產(chǎn)壽命為72小時(shí)。這意味著當(dāng)卷盤裝上貼片機(jī)之后，生產(chǎn)線的平均運(yùn)行速度必須超過(guò)每小時(shí)12塊板，一天24小時(shí)，不能中斷地三個(gè)整天在期限來(lái)到之前將所有元件貼裝完。然后加上零件在SMT生產(chǎn)線設(shè)定期間的暴露時(shí)間（希望不要有預(yù)先將MSD準(zhǔn)備在送料器上），和其它常見的情形，如生產(chǎn)計(jì)劃的變化、缺料、停機(jī)等情況。最后，在多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境中，每天有一次以上的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，造成多次的設(shè)定。那么有關(guān)的暴露時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)，因?yàn)橥粋€(gè)卷盤要從貼片機(jī)上下多次。當(dāng)考慮所有的暴露因素時(shí)，很明顯大量的MSD在回流焊接之前將超過(guò)其規(guī)定的生產(chǎn)壽命。