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MSD烘烤箱如何选择 – 深圳市洲侨创新除湿技术有限公司
发布人:深圳市洲侨创新除湿技术有限公司
 

                     (解读最新版IPC/JEDEC J-STD-033C标准中对MSD烘烤条件规定)
一、前言:
  众所周知,受潮的湿敏器件(以下简称“MSD”)在过回流焊高温作用下会发生压力损伤甚至爆米花现象;相比较直接可以发现的爆米花现象,压力微损伤的破坏力更大,这种隐形的损伤可以在成品一段时间后才会显现,它导致成品的可靠性或者寿命大幅降低,对于一个企业而言,声誉也会受到影响。所以通常做法都会将受潮的MSD干燥后再过回流焊,以避免发生品质或者可靠性受损问题。事实上,不正确的MSD干燥方式会带来更多麻烦,了解这些细节的人并不多。不正确的MSD干燥方式会导致干燥程度无法达至安全范围,从而无法避免受潮带来的损伤,甚至还会加速产品表面氧化,大幅降低可焊性,产生更多问题。
所以认识并且重视IPC/JEDEC J-STD-033C标准中对MSD的干燥或者重置其车间寿命是非常重要。
二、MSD的干燥方式:
参照IPC/JEDEC J-STD-033C标准中对MSD湿敏器件的干燥方式主要有四种:
① 150℃高温烤干
② 125℃高温烤干
③ 40~90℃;≤5%RH中温超低湿烘干
④ 常温超低湿干燥
1. 对于150℃的烤干方式而言,虽然耗时最短,但现在一般很少有用户会选用,因为这种干燥方式对器件的损伤是最大的,且氧化速度也是最快的。一般150℃是在半导体工厂包装前可能选用的烘烤条件,对于SMT企业并不推荐。
2. 对于125℃烤干的时间较短,一般可用于耐高温,同时又不容易发生氧化的MSD的干燥。按照不同的湿敏等级、芯片厚度及暴露情况,标准IPC/JEDEC J-STD-033C 的第四部分做了详细的分类,(如下表一并列出了IPC/JEDEC J-STD-033C规定的常用的烘烤时间表。)

125℃ 烤干 (车间寿命重置)0~+5℃

厚度>1.4mm
厚度>1.4mm ; ≤2.0mm
厚度>2.0mm ; ≤4.5mm

条件

  超过车间寿命 
>72小时
超过车间寿命
≤72小时
超过车间寿命
>72小时
超过车间寿命
≤72小时
超过车间寿命
>72小时
超过车间寿命
≤72小时
2
5小时
3小时
18小时
15小时
48小时
48小时
2a
7小时
5小时
21小时
16小时
48小时
48小时
3
9小时
7小时
27小时
17小时
48小时
48小时
4
11小时
7小时
34小时
20小时
48小时
48小时
5
12小时
7小时
40小时
25小时
48小时
48小时
5a
16小时
10小时
48小时
40小时
48小时
48小时
考虑到125℃烤干过程会降低器件可焊性,同时由于100℃以上时器件内部吸收的水分会快速蒸发,对器件依旧存在潜在伤害,并不建议频繁采用。
3. 对于40~90℃;≤5%RH中温超低湿烘干的过程虽然要长于125℃烘烤方式,但其安全性是最高的,这一点在IPC/JEDEC J-STD-033C中就有明确指出,这种干燥条件对器件几乎没有损伤,且氧化情况也可以被忽略。同样所有不耐高温的MSD(如卷带料、管状料等)也需要在这样的条件下进行烘干,因此目前越来越多的SMT企业选择用中温超低湿方式来烘干MSD。(如下表二列出了IPC/JEDEC J-STD-033C规定的常用的烘烤温湿度和时间表。)
90℃;≤5%RH 烘干(车间寿命重置)温度精度0~+5℃
厚度>1.4mm
厚度>1.4mm ; ≤2.0mm
厚度>2.0mm ; ≤4.5mm

条件

超过车间寿命
>72小时
超过车间寿命
≤72小时
超过车间寿命
>72小时
超过车间寿命
≤72小时
超过车间寿命
>72小时
超过车间寿命
≤72小时
2
17小时
11小时
63小时
2天
10天
7天
2a
23小时
13小时
3天
2天
10天
7天
3
33小时
23小时
4天
2天
10天
8天
4
37小时
23小时
5天
3天
10天
10天
5
41小时
24小时
6天
4天
10天
10天
5a
54小时
24小时
8天
6天
10天
10天
40℃;≤5%RH 烘干(车间寿命重置)温度精度0~+5℃

条件 

厚度>1.4mm
厚度>1.4mm ; ≤2.0mm
厚度>2.0mm ; ≤4.5mm
2
8天
5天
25天
20天
79天
67天
2a
9天
7天
29天
22天
79天
67天
3
13天
9天
37天
23天
79天
67天
4
15天
9天
47天
28天
79天
67天

 5

17天
10天
57天
35天
79天
67天

5a

22天
10天
79天
56天
79天
67天
对于SMT企业而言,40~90℃;≤5%RH中低温超低湿烘干条件及125℃高温烤干条件是最常用到的干燥条件,缺一不可。事实上,现今越来越多非耐热性MSD器件的出现及越来越高安全性的要求,IPC/JEDEC J-STD-033C版较之以前版本已经大幅增加了中低温超低湿烘干约定的内容。
40~90℃烘烤的关键点是湿度必须符合≤5%RH以下要求,这点很容易被忽略。由于相对湿度会伴随温度的升高而降低,很多公司就将湿度控制忽略了,这是非常危险的。
首先必须了解,在普通环境中,一台烘烤设备仅升高温度(< 100度),其内部湿度是无法做到5%RH以下的(图标三)。(即内部湿度是不可控的。)">
图表三显示普通烘箱内部的温湿度记录曲线示意图,可见温度上升确实会造成相对湿度的下降,但相对湿度下降曲线并非理想的与温度同步关系,当湿度低于15%RH时明显下降困难,(这点很大程度上与烘箱本体结构,控制方式,使用环境和温湿度调节范围有关。)
(在温度40~90℃时,)湿度不能满足≤5%RH以下,就会出现干燥不充分、无法干燥甚至加湿风险。(见如下图标四)。(这种条件也达不到标准中对MSD车间寿命完全重置的要求。)
 
IPC/JEDEC J-STD-033C 湿敏器件放置条件及时间关系(天)
                                                     图表四
可见相对湿度相同的情况下,温度越高,MSD器件的吸湿速度越快。所以仅把烘烤设备内部温度升到40~90℃根本不能满足MSD器件的干燥要求,而且如果外界湿度较高时,氧化风险也会大幅增加。
4. (IPC/JEDEC J-STD-033C给出了常温超低湿干燥方式),由于其干燥时间较长,所以一般用于短期暴露的车间寿命重置。如表五
湿敏等级
暴露时间、温湿度条件
车间寿命

干燥时间及关联湿度

烘干
2,2a,3,4,5,5a
任意时间
≤40℃;85%RH
重置/干燥
不适用
中高温干燥
2,2a,3,4,5,5a
>车间寿命
≤30℃;60%RH
重置/干燥
不适用
中高温干燥
2,2a,3
>12小时
≤30℃;60%RH
重置/干燥
不适用
中高温干燥
2,2a,3
≤12小时
≤30℃;60%RH
重置/干燥
5倍暴露时间
≤10%RH
不适用
4,5,5a
>8小时
≤30℃;60%RH
重置/干燥
不适用
中高温干燥
4,5,5a
≤8小时
≤30℃;60%RH
重置/干燥
10倍暴露时间
≤5%RH
不适用
2,2a,3
<车间寿命
≤30℃;60%RH
停止计时/不再受潮
任意时长
≤10%RH
不适用
4,5,5a
<车间寿命
≤30℃;60%RH
停止计时/不再受潮
任意时长
≤5%RH
不适用
                                                        图表五
对于常温超低湿干燥设备的要求是,2~3等级MSD为10%RH以下,4~5a等级的MSD为5%RH以下;在这样的条件下,如果MSD没有超过车间寿命就可以达到中止受潮甚至缓慢干燥的目的。
很多用户并不理解没有超过车间寿命的MSD器件为何需要进行干燥,或者中止受潮。其实常温干燥方式,更多的是为了进一步降低MSD器件的受损率;诸如人为操作不当,干燥设备本身的波动及误差以及受潮MSD自身的潜在风险都可能造成湿敏损伤,有了常温干燥的双重保护,才能真正有效防止这样的可靠性问题出现。
5. 重置/干燥过程的波动及中断处理。
在中温及常温烘干器件时,由于时间跨度比较长,难免出现温湿度的中断或者波动。
,但如果超过15分钟,按照标准需要累加至器件的总干燥时间。
实际生产工艺中,一般中温常温设备中放置的远不止一种器件,也不会在相同时间放入或者取出,如果经常出现波动恢复时间长于15分钟情况,会严重影响器件干燥的可操作性,所以对于烘烤设备而言,常规开关门及运行波动温湿度务必在15分钟内恢复。
结束语:
湿敏器件的管控可能对于整个生产工艺而言是很小一部分,但湿敏伤害却可以非常严重,大部分受到损伤的器件在出厂时未必会被发现,在其成品以后会严重影响成品的品质和可靠性。如果我们多一份关注,更重视一些,很多品质问题是可以避免的。关注湿敏器件的管控,就是关注企业的生存与发展。

 
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