集成电路工艺中什么叫爆米花效应

集成电路工艺中什么叫爆米花效应
集成电路工艺中什么叫爆米花效应

集成电路工艺中什么叫爆米花效应
潮湿敏感性元件的主题是相当麻烦但很重要的-并且经常被误解的.由于潮湿敏感性元件使用的增加,诸如薄的密间距元件(fine-pitchdevice)和球栅阵列(BGA,ballgridarray),使得对这个失效机制的关注也增加了.当元件暴露在回流焊接期间升高的温度环境下,陷于塑料的表面贴装元件(SMD,surfacemountdevice)内部的潮湿会产生足够的蒸汽压力损伤或毁坏元件.常见的失效模式包括塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)、线捆接损伤、芯片损伤、和不会延伸到元件表面的内部裂纹等.在一一些极端的情况中,裂纹会延伸到元件的表面；最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂(叫做“爆米花”效益).
IPC-美国电子工业联合会制订和发布了IPC-M-109,潮湿敏感性元件标准和指引手册.它包括以下七个文件：
IPC/JEDECJ-STD-020塑料集成电路(IC)SMD的潮湿/回流敏感性分类
IPC/JEDECJ-STD-033潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准
IPC/JEDECJ-STD-035非气密性封装元件的声学显微镜检查方法
IPC-9501用于评估电子元件(预处理的IC元件)的印刷线路板(PWB,printedwiringboard)的装配工艺过程的模拟方法
IPC-9502电子元件的PWB装配焊接工艺指南
IPC-9503非IC元件的潮湿敏感性分类
IPC-9504评估非IC元件(预处理的非IC元件)的装配工艺过程模拟方法
原来的潮湿敏感性元件的文件,IPC-SM-786,潮湿/回流敏感性IC的检定与处理程序,不再使用了.
IPC/JEDECJ-STD-020定义了潮湿敏感性元件,即由潮湿可透材料诸如塑料所制造的非气密性包装的分类程序.该程序包括暴露在回流焊接温度接着详细的视觉检查、扫描声学显微图象、截面和电气测试等.
测试结果是基于元件的体温,因为塑料模是主要的关注.`标准的回流温度是220°C+5°C/-0°C,但是回流试验发现,当这个温度设定为大量元件的电路板的时候,小量元件可达到235°C.如果可能出现更高的温度,比如可能出现小量与大量元件的情况,那么推荐用235°C的回流温度来作评估.可使用对流为主、红外为主或汽相回流设备,只要它可达到按照J-STD-020的所希望的回流温度曲线.
下面列出了八种潮湿分级和车间寿命(floorlife).有关保温时间标准的详情,请参阅J-STD-020.
1级-小于或等于30°C/85%RH无限车间寿命
2级-小于或等于30°C/60%RH一年车间寿命
2a级-小于或等于30°C/60%RH四周车间寿命
3级-小于或等于30°C/60%RH168小时车间寿命
4级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命
5级-小于或等于30°C/60%RH48小时车间寿命
5a级-小于或等于30°C/60%RH24小时车间寿命
6级-小于或等于30°C/60%RH72小时车间寿命(对于6级,元件使用之前必须经过烘焙,并且必须在潮湿敏感注意标贴上所规定的时间限定内回流.)
增重(weight-gain)分析(参阅J-STD-020)确定一个估计的车间寿命,而失重(weight-loss)分析确定需要用来去掉过多元件潮湿的烘焙时间.J-STD-033提供有关烘焙温度与时间的详细资料.
IPC/JEDECJ-STD-033提供处理、包装、装运和烘焙潮湿敏感性元件的推荐方法.重点是在包装和防止潮湿吸收上面-烘焙或去湿应该是过多暴露发生之后使用的最终办法.
干燥包装涉及将潮湿敏感性元件与去湿剂、湿度指示卡和潮湿敏感注意标贴一起密封在防潮袋内.标贴含有有关特定温度与湿度范围内的货架寿命、包装体的峰值温度(220°C或235°C)、开袋之后的暴露时间、关于何时要求烘焙的详细情况、烘焙程序、以及袋的密封日期.
1级.装袋之前干燥是可选的,装袋与去湿剂是可选的、标贴是不要求的,除非元件分类到235°C的回流温度.
2级.装袋之前干燥是可选的,装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的.
2a~5a级.装袋之前干燥是要求的,装袋与去湿剂是要求的、标贴是要求的.
6级.装袋之前干燥是可选的,装袋与去湿剂是可选的、标贴是要求的.
元件干燥使用去湿或烘焙两种方法之一.室温去湿,可用于那些暴露在30°C/85%RH条件下少于8小时的元件,使用标准的干燥包装方法或者一个可以维持25°C±5°C、湿度低于10%RH的干燥箱.
烘焙比许多人所了解的要更复杂一点.对基于级别和包装厚度的干燥前与后的包装,有一些烘焙的推荐方法.预烘焙用于干燥包装的元件准备,而后烘焙用于在车间寿命过后重新恢复元件.请查阅并跟随J-STD-033中推荐的烘焙时间/温度.烘焙温度可能通过氧化引脚或引起过多的金属间增生(intermetallicgrowth)而降低引脚的可焊接性.不要将元件存储在烘焙温度下的炉子内.记住,高温托盘可以在125°C之下烘焙,而低温托盘不能高于40°C.
IPC的干燥包装之前的预烘焙推荐是：
包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a~5a级别,125°C的烘焙时间范围8~28小时,或150°C烘焙4~14小时.
包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a~5a级别,125°C的烘焙时间范围23~48小时,或150°C烘焙11~24小时.
包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a~5a级别,125°C的烘焙时间范围48小时,或150°C烘焙24小时.
IPC的车间寿命过期之后的后烘焙推荐是：
包装厚度小于或等于1.4mm：对于2a~5a级别,125°C的烘焙时间范围4~14小时,或40°C烘焙5~9天.
包装厚度小于或等于2.0mm：对于2a~5a级别,125°C的烘焙时间范围18~48小时,或40°C烘焙21~68天.
包装厚度小于或等于4.0mm：对于2a~5a级别,125°C的烘焙时间范围48小时,或40°C烘焙67或68天.
通过了解IPC-M-109,潮湿敏感性元件标准与指引手册,可避免有关潮湿敏感性的问题.
少一些普通工艺问题