GB/T 4937.20-2018 半导体器件 机械和气候试验方法 第20部分:塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响
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当相关文件要求时,应进行电性能测试
5.1.3声学扫描内部检查
目关文件另有规定外,样品应在125℃土5℃下灿
除相关文件另有规定外外墙外保温标准规范范本,应根据样 式选择水汽浸的条件(参见A.1.1)。如果相关 不再进行水汽浸渍
5.3.2非干燥包装的SMD试验条件
许的极限贮存条件,从表1选择水汽浸渍条件(参
表1非干燥包装SMD的水汽浸渍条件
5.3.3干燥包装的SMD水汽浸渍
5.3.3. 1 一般要求
干燥包装的SMD水汽浸溃条件见表2或表3。干燥包装的SMD水汽浸溃包括两个步骤。步弱 莫拟SMD打开干燥包装或干燥储物柜之前的潮湿条件;步骤二是模拟SMD打开包装至焊接期间 显条件。干燥包装的SMD水汽浸渍条件应从方法A或方法B中选择。当承制方规定SMD干爆 或干燥储物柜中的相对湿度在10%~30%之间时,选择方法A,相对湿度低于10%时,选择方法日
5.3.3.2方法 A
除相关文件另有规定外,应先进行表2中条件A2的步骤一,随后,在步骤一完成后的4h内进行表 2中条件A2的步骤二(参见A.1.2.2)。 步骤一的相对湿度条件应与防潮袋内相对湿度的上限一致。步骤二的相对湿度应与车间寿命的条 件一致。 除防潮袋贮存和车间寿命的水汽浸渍条件在表2中进行了详细的规定外,其他试验条件需在相关 文件中规定
表2干燥包装的SMD水汽浸渍条件(方法A)
注1:步骤一表征SMD十燥包装或十燥储物柜中的贮存条件,同时也表征分销商或使用者检查后重新包装引起的 干燥包装中相对湿度增加的贮存条件。当选用条件A2时,将SMD封装在有IC卷盘和干燥剂的防潮袋中, 进行儿周的干燥。防潮袋可能会多次暂时开包(一次几个小时)。当干燥包装中的湿度指示卡显示湿度低于 30%时,重新包装几天后SMD会恢复到初始的潮气吸收状态,允许重新包装和检查SMD。在这种情况下, 认为干燥包装中的潮气得到控制,不必进行SMD水汽含量的测量(参见A.2)。为控制湿度,需对湿度指示 卡校正。 注2:由于在干燥包装或干燥储物柜中存放的SMD在经历长期贮存后会逐渐达到水汽饱和,因此当按步骤一条件 进行水汽浸渍没有达到饱和,延长浸润时间至336h。当步骤一水汽浸渍已达到饱和,缩短浸润时间
注1:条件B2到B6的水汽浸渍条件覆盖了步骤一条件(30℃,60%RH,24h)和步骤二条件(车间寿命)。 注2:由于受潮的材料和退化的干燥剂释放水汽,导致干燥包装中的相对湿度超过10%。因此,SMD干燥包装中的 物品、IC卷盘和其他材料,封装进防潮袋之前充分干燥。干燥包装中的相对湿度通过湿度指示卡和SMD水 汽含量测量予以标定,参见A.2 注3:因为干燥储物柜中不能获得非常低的相对湿度,不推荐将SMD贮存在干燥柜中来代替干燥包装, 注4:方法B的条件覆盖从烘焙到焊接整个SMD贮存过程,包含SMD从烘焙到封装进干燥包装中以及干燥包装 暂时开封和车间寿命的整个室温贮存持续时间
除相关文件另有规定外,样品应在水汽浸渍或高温烘焙试验完成后的4h之内进行焊接热试验。 安照相关文件的要求,焊接热的试验方法和条件从5.4.2~5.4.4中选择。无论选择哪种试验方法,焊接 热的循环次数最少1次、最多3次。除相关文件另有规定外,焊接热的循环次数为1次。如果循环次数 大于1次,那么在完成一次试验后,进行下一次试验之前,样品的温度应降至50℃以下。 注:如果样品在室温下贮存超过4h不受水汽浸渍或烘焙的影响,则水汽浸渍或烘焙完成后超过4h的贮存时间可 在相关文件中明确规定
5.4.2红外对流或对流再流焊接的加热方法
将样品放置在基板上。
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除相关文件另有规定外,样品应置于再流焊设备中,按照A.3.1规定的温度条件 120S
表5无铅过程一 一再流焊温度分类
5.4.3气相再流焊接的加热方法
样品应安装在基板上。
除相关文件另有规定外,样品应置于气相再流焊设备中,在100℃到160℃温度条件下预 120S。
表6气相再流焊接的加热条件
5.4.4波峰焊的加热方法
除相关文件另有规定外,样品应置于焊接设备中在80℃~140℃下预热30s~60S
预热后,将样品和基板一起浸入熔融的焊料中,如图2所示。浸润条件从表7中选择。
表7波峰焊的浸润条件
如在相关文件中规定了恢复条件,样品应按文件要求置于标准大气条件下存放规定的时间。 主:波峰焊接并不是承制方普遍采用的焊接方式。如果承制方没有此设备,相应的焊接热方法在承制方和用户 间的协议中进行规定。
按照相关文件的规定,进行电特性测试
5.6.3声学扫描检查
6应在相关文件中规定的细节
应在相关文件中规定的细节如下, 基板材料(见4.3):
b)样品在基板上的位置(见4.3); 助焊剂组分(见4.6); d) 试验样品数量(见第5章); 初始检测的项目和失效判据(见5.1); 预处理(见5.2); 8) 水汽浸渍的方法(见5.3); h)干燥条件(见5.2); 烘焙替代水汽浸渍的条件(见5.3); 干燥包装的SMD水汽浸渍方法(见5.3.3); 水汽浸渍条件的步骤间隔时间(见5.3.3.2); ) 步骤一和步骤二的条件以及是否需要其他条件(见5.3.3.2); m)如果168h的浸润时间不满足条件,规定浸润时间(见5.3.3.2); SMD贮存在完全干燥的包装中的水汽浸渍条件(见5.3.3.3); 非干燥包装的水汽浸渍条件(见5.3.2); 水汽浸渍结束与焊接热的时间间隔(见5.4.1); 焊接热的方法和条件(见5.4.1); 焊接热的循环次数(见5.4.1); 红外对流和对流再流焊接的预热条件(见5.4.2.2); 红外对流和对流再流焊接的加热条件(见5.4.2.3); u) 气相再流焊接的预热条件(见5.4.3.2); 粘接方法(见5.4.4.1); W)波峰焊接的预热条件(见5.4.4.2); 助焊剂的清洗方法(见5.4.4.4); 恢复条件(见5.5); Z) 最终检测的项目和失效判据(见5.6)
塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响的试验方法描述及细
A.1.1水汽浸渍指南
5.3中水汽浸渍试验的方法A和方法B适用于干燥包装的SMD,而表1中的条件适用于常温贮有 条件下非干燥包装的SMD。 如果按表1中条件进行水汽浸渍后,焊接热导致封装出现裂纹,建议器件采用干燥包装或贮存在干 燥的环境中。 如果按方法A和方法B进行水汽浸渍后,焊接热导致封装裂纹,SMD在焊接到PCB板之前推荐 进行预烘焙
A.1.2 基于水汽浸渍的考虑
A.1.2.1水汽浸渍的一般描述
SMD中的水汽是水蒸气扩散到树脂中造成的。如果封装出现接近芯片基座或芯片中心的裂纹,应 签验树脂中的水汽含量。温度85℃、相对湿度85%时水汽含量的扩散特性示例如图A.1所示,此例 中,从封装底部表面到芯片衬底的树脂厚度为1mm,图A.1表明水汽达到稳定需要168h以上。 水汽浸渍特性,例如图A.3中的树脂的水汽浸渍特性,显示了一个低的水汽浸渍速度,但仍具有 定的参考意义。图A.1和图A.4~图A.8表明了树脂中的水汽含量特性。 为了模拟长时间的贮存情况,例如SMD在于燥包装或仓库中贮存1年,焊接热试验开始之前有必 要使水汽达到饱和。水汽在树脂中扩散速度取决于温度。图A.2规定了树脂厚度,图A.3表示温度 85℃时,水汽达到饱和的时间取决于树脂的厚度。通常,对于一个普通的SMD,树脂厚度为0.5mm~ 1.0mm时,需要的水汽浸渍时间为168h, 树脂中水汽含量的饱和依赖于温度和相对湿度,如图A.4所示。水汽饱和所必需的相对湿度可以 通过图A.4确定(例如,85℃下的树脂中水汽含量可以做到与实际贮存环境温度30℃时的水汽含量 致)。焊接热试验的水汽浸渍条件由图A.4确定,如表A.1所示。 图A.5给出了在实际贮存条件及水汽浸渍条件下第一层界面(即芯片上表面或芯片基座的底面) 树脂中的水汽含量
.1温度85℃、相对湿度85%下的水汽扩散过程
图A.2树脂厚度和第一层界面的定义
图A.385℃时的水汽浸渍到饱和所需时间与树脂厚度的函数关系
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图A.4树脂中水汽含量饱和度与温度的对应关系
实际贮存条件等效的焊接热前水汽浸渍条件对照
不同浸润条件下第一界面树脂中水汽含量与厚度
A.1.2.2水汽浸渍条件—方法A
水汽浸渍方法A见5.3.3.2,它针对在干燥包装或干燥柜中长期贮存、在30℃、30%RH条件下贮 存1年、或在可随时开封的包装或柜子中,并时常打开几小时,但湿度指示卡始终显示小于30% 的SMD。 图A.6显示A3的步骤一条件和A2的步骤二条件能够完全表征十燥包装开封后,30℃、70%RH 下168h车间寿命,即使干燥包装的相对湿度降低至30%的情况
A.1.2.3水汽浸溃条件方法B
水汽浸渍方法B见5.3.3.3,适用于SMD、IC卷盘和其他材料充分烘焙并加人吸收水汽的干燥剂后 直接干燥封装的情况。干燥剂用于吸收透过密封包装的水汽。 a) 使用水汽敏感的湿度指示卡,警示干燥剂是否丧失功能; b SMD中水汽含量的测定如A.2所示。在环境中的暴露时间包括SMD烘焙到干燥包装的时 间、干燥包装在分销商处暂时开封的时间,以及车间寿命。 图A.7表示了方法B中条件与高湿环境中长期贮存的计算关系。计算图表中的条件B3~B6显示 较校厚SMD和贮存环境的内在关系,且贮存环境中的相对湿度大于10%。 针对封装外表面到界面厚度超过1mm的SMD.条件B3~B6并不比30℃、10%RH下贮存1年 严酷。如果相对湿度10%下界面水汽达饱和后的器件再流性能受到重要影响,那么,使用方法B条件 评价的较厚封装的SMD应贮存在低于10%RH的环境中。 图A.8描述了一个如何计算经历方法B的试验样品界面水汽含量的例子,但该界面水汽含量的计 算方法可能并不适用于大多数的使用环境相对湿度大于10%的产品
B水汽浸渍条件下的第一界面树脂中水汽含量与
图A.8方法B条件B2水汽浸渍条件下第一界面树脂中水汽含量与厚度的对应关系
图A.8方法B条件B2水汽浸渍条件下第一界面树脂中水汽含量与厚度的对应关系
A.2水汽含量测量程序
器件水汽含量(MCD)经常用来指示SMD中的水汽含量。但是,由于下述原因,MCD的测量应谨 慎使用: 由于扩散进人SMD的水汽可能是变化的,当水汽浸渍未达到饱和时,不能体现第一界面树脂 中的水汽含量。例如,SMD表面可能含有高的水汽,但内部是干燥的,反之亦然; 尽管树脂中的水汽含量是相同的,根据器件中树脂所占的比率,MCD却是不同的 器件的水汽含量测量程序符合以下描述: 一对于每个器件的质量(),称重精确到0.1mg; 若有关文件中规定的贮存温度绝对最大额定值允许,器件可在150℃下干燥24h或125℃下 干燥48h; 器件应在30min士10min内冷却至室温; 器件重新称重(v):
器件水汽含量(MCD)使用下列公式计算: MCD=100 %
A.3.1红外对流和对流再流焊接的温度曲线
MCD=100() %
5.4.2中规定的条件A焊接时间较B短,焊接热试验应根据图A.9和图A.10的温度曲线执行(T 指封装本体的峰值温度,它是水汽敏感度试验中独立封装本体的最高温度,t是温度从T。到T。一5℃ 所需的时间)。 在实际应用中,为了实现良好的焊接效果,需要控制焊接点温度。另外,由于半导体器件的热损伤 取决于器件本体的温度,也需要对焊接试验中的温度进行控制。 体积大的半导体器件热容量较大,在实际焊接器件中本体温度上升较慢,而体积小的半导体器件热容 量较小,本体温度较易升高。因此,如表4和表5所示,有必要根据半导体器件体积大小改变温度条件。
.10无铅焊接的红外对流和对流再流焊温度曲丝
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注1:Tsmin是预热开始时的温度,Tsmx是预热结束后开始变温的温度,t,是从Tm到Tm的时间 注2:引出端向下(方向)是用来描述封装置于引出端上方的专用语。引出端向上(方向)是用来描述引出端朝上 的封装方向的专用语 注3:所有的温度均是指封装中心位置的温度,在组装再流焊接(如引出端向下)过程中,测量封装本体上表面得 到。例如:引出端:若部件再流焊接与常规引出端向下的再流焊方式不同,如引出端向上,则其T,不超过 常规焊接(引出端向下)T,土2℃,同时需满足常规T。的要求,否则需调整温变速率以满足后者(T。)的 要求。 注4:文件中的再流焊温度曲线针对不同类别/预处理过程,不是指器件组装板的温度曲线。实际上,组装板的温 度曲线需基于具体工艺需要和版图设计细化,但不超过本表中的参数值。 例如:T。为260℃,1为30s,对于承制方和用户的不同含义: 对于承制方:峰值温度至少为260℃,大于255℃的时间大于30s。 对于用户:峰值温度不超过260℃,大于255℃的时间不超过30s。 注5:在评价试验中,SMD需满足不同类别温度曲线的要求。
"t,的公差定义为承制方应满足的最小值,同时用户允许的最大值。
A.3.2气相焊接的温度曲线
A.3.3波峰焊接的加热方法
粮油标准图A.12气相焊接的温度曲线(条件IA)
图A.13中样品浸入焊槽的浸焊试验方法与实际的波峰焊接规则并不完全一致。在实际波峰焊接 1,熔融焊料不会进入PCB板和SMD本体之间的缝隙中。因此,SMD的实际波峰焊接温度低于焊槽 法温度。对于热容量较大的ICs和LSIs,浸焊试验中器件本体的温度较波峰焊接温度高10℃~80℃。 当SMD体积较大时,如QFP和QFJ封装,温度差异将在50℃~80℃之间。因此,焊接热试验应使用 图2所示的波峰焊方法。封装裂纹的产生是由于焊接热试验中第一界面温度快速上升造成的。 图A.14显示,不同类型焊接热下SMD本体的厚度与第一层界面峰值温度间的对应关系。在SML 中,间距(SMD本体底面与引脚底面的高度差)小于0.5mm(为减小热阻使用热沉造成SMD本体厚度 超过2.0mm的除外)时,可以不考虑波峰焊接,使用方法A和方法B规定的条件。同样,间距超过
3.0mm时,也可以忽略波峰焊接,使用方法A和方法B规定的条件。针对SMD,间距大于0.5mm(见 图A.15)或有热沉时,波峰焊接不能省略,因为此时器件本体温度要高于图A.14中的温度
给水排水标准规范范本图A.13浸入焊槽的浸润方法
图A.14红外对流再流焊接和波峰焊接的对应关系
图A.15波峰焊接过程中SMD本体温度
....- 机械标准 焊接标准
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