半導(dǎo)體封裝的防潮

摘要：濕度總是困擾在電子系統(tǒng)背后的一個(gè)難題。不管是在空氣流通的熱帶區(qū)域中，在潮濕的熱帶區(qū)域中運(yùn)輸，直接浸在溢出液體中接觸或無數(shù)潛在的災(zāi)難中，潮濕都是顯著增加電子工業(yè)開支的原因。基于此原因，電子制造商們必須為預(yù)防潛在災(zāi)難支付高昂的開支。

在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體封裝中，明智的材料選擇、仔細(xì)控制的組裝環(huán)境、創(chuàng)新的操作系統(tǒng)、和在運(yùn)輸中放置在密封包裝中的干燥劑等措施已經(jīng)把潮濕問題保持到最小。然而，很多用于封裝襯底或封裝密封劑的塑料化合物和有機(jī)材料依然能被透過，從而使潮氣進(jìn)入。今天，隨著軍用的高可靠性產(chǎn)品，宇航和靈敏度高的工業(yè)應(yīng)用，加上涉及到高溫下的無鉛工藝日益成熟，都促使半導(dǎo)體封裝供應(yīng)商和他們的顧客重新考慮濕度控制。

吸收到內(nèi)部的潮氣是半導(dǎo)體封裝最大的問題。當(dāng)其固定到PCB板上時(shí)，回流快速加熱將在內(nèi)部形成壓力。這種高速膨脹，與不同封裝結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）速率不同，可能產(chǎn)生封裝所不能承受的壓力。盡管現(xiàn)在，進(jìn)行回流操作時(shí)，在180℃ ~200℃時(shí)少量的濕度是可以接受的。然而，在230℃ ~260℃的范圍中的無鉛工藝?yán)铮魏螡穸鹊拇嬖诙寄軌蛐纬勺銐驅(qū)е缕茐姆庋b的小爆炸（爆米花狀）或材料分層。

一些工業(yè)協(xié)會(huì)和某些公司已經(jīng)提升了對濕度危害的認(rèn)識，并已經(jīng)開始開發(fā)專用的工業(yè)指導(dǎo)方針來控制電子制造中的濕度。1999年， Association Connecting Electronics (IPC)和Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC)一起發(fā)布了J-STD-033A — 操作、包裝、運(yùn)送、和使用濕度/回流敏感SMD的標(biāo)準(zhǔn)。2002年，該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過修訂包括了烘烤工藝和干法儲藏的部分。這些文件的內(nèi)容提供了操作、干法包裝和儲藏、烘烤和在封裝到達(dá)之前跟蹤控制濕度吸收的部分。

根據(jù)聯(lián)盟的意見，“在回流中失效的風(fēng)險(xiǎn)直接與界面的濕度有關(guān)，這個(gè)界面靠近封裝的中心。”既然最大的可以接受的濕度和濕度擴(kuò)散的速率根據(jù)封裝而改變，每個(gè)新器件就必須基于其“在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)環(huán)境中需要多久來吸收到一個(gè)臨界水平的濕度”被分類。即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的從業(yè)者也常常被濕度的問題所困惑，因?yàn)樵陬A(yù)無鉛階段很少碰到更低的工藝溫度。然而，隨著對無鉛工藝的了解，半導(dǎo)體封裝專業(yè)人士將會(huì)仔細(xì)查閱近期的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

濕度靈敏度是一個(gè)老問題，而最近卻成為制造業(yè)和可靠性的關(guān)注焦點(diǎn)，”Francois Monette，Cogiscan 公司說，“新的封裝和互連技術(shù)的快速增殖，如倒裝芯片，已經(jīng)顯著的增加了高度濕度敏感的部件（MSI 4和更高）的數(shù)目，這需要特殊的操作，儲藏和跟蹤過程。

依據(jù)IPC/JEDEC聯(lián)合制定的標(biāo)準(zhǔn)， Surface Mount Technology Association為了提高電子元件中的濕度控制而組建了它們的濕度敏感器件（MSD）委員會(huì)。正如下游的半導(dǎo)體封裝，PCB組裝廠會(huì)成為控制回流工藝的前沿，而且必須和供應(yīng)商緊密合作來保證無濕度封裝的運(yùn)送。實(shí)際上，他們經(jīng)常使用裝備有射頻標(biāo)簽的濕度跟蹤系統(tǒng)、局部控制單元和專用軟件來顯示封裝流水線，運(yùn)輸/操作及組裝操作中的濕度。

封裝中的濕度等級，加上提升的無鉛工藝回流溫度和半導(dǎo)體封裝中的不同材料，會(huì)引起嚴(yán)重的問題，在安裝封裝到PCB板上時(shí)必須予以考慮。也要記住的是，在雙面組裝線中，一些封裝會(huì)經(jīng)過兩次回流工藝。當(dāng)以下的工業(yè)指導(dǎo)方針能控制濕度時(shí)，為什么要冒受潮的封裝的失效風(fēng)險(xiǎn)？