Для корпусов полупроводников, чувствительных к влаге, нужен документированный маршрут от приемки через хранение и монтаж до оплавления и последующего ремонта. Основные источники требований — маркировка конкретного компонента, инструкции изготовителя и применимая процедура обращения. После вскрытия герметичного влагозащитного пакета сборщик должен учитывать допустимое время на производстве и разрешить все неопределенности до оплавления.
Риск связан с превращением внутренней влаги в пар при пайке. Быстрый нагрев может вызвать растрескивание корпуса, расслоение или другие повреждения, которые могут быть незаметны после монтажа. Уровень чувствительности к влаге (MSL) характеризует чувствительность корпуса к воздействию при заданных условиях; он не является общим свойством всех компонентов с одинаковой формой корпуса.
Эта тема отличается от монтажа BGA, где рассматриваются размещение и проблемы паяных соединений, а также от хранения голых плат. Для PCBA могут требоваться меры контроля и плат, и компонентов, но соответствующие ограничения, записи и корректирующие действия нельзя автоматически считать взаимозаменяемыми.
Почему влага важна при оплавлении
Многие полимерные корпуса полупроводников поглощают влагу из воздуха. Поглощение зависит от конструкции корпуса, окружающей среды и длительности воздействия. При оплавлении влага может быстро расшириться по мере нагрева корпуса.
Возможные последствия:
- Внутреннее расслоение между материалами корпуса.
- Трещины или локальная деформация корпуса, иногда называемые «эффектом попкорна».
- Повреждение внутренних соединений или другие факторы снижения надежности.
- Дефекты, не обнаруживаемые при обычном внешнем визуальном осмотре.
Эти механизмы относятся к рискам, описанным в материале о режимах отказа электронных компонентов. Осмотр и электрические испытания полезны, но успешный результат не восстанавливает отсутствующую историю воздействия влаги и не доказывает отсутствие скрытых повреждений.
У профиля оплавления также есть собственные ограничения. Классификация по влажности сама по себе не разрешает конкретную пиковую температуру или число циклов нагрева. Общий тепловой процесс рассмотрен в материале о пайке оплавлением; для конкретной детали используйте применимые требования к компоненту и сборке.
Что означают MSL и маркировка времени вне упаковки
MSL относится к конкретному компоненту и корпусу, классифицированным по применимым требованиям. Учитывайте его вместе с указанными условиями воздействия, а также любыми ограничениями по температуре, обращению или оплавлению. Не переносите MSL с похожей детали, другого варианта корпуса или устаревшей внутренней записи.
IPC/JEDEC J-STD-020 посвящен классификации поверхностно-монтируемых устройств по чувствительности к влаге и оплавлению. IPC/JEDEC J-STD-033 устанавливает требования к обращению, упаковке, перевозке и использованию влагочувствительных поверхностно-монтируемых устройств. В договорной и проектной документации следует указывать применимые редакции; также необходимо учитывать инструкции изготовителя и утвержденные процедуры.
Документ Texas Instruments Power Module MSL Ratings and Reflow Profiles, номер SLVA840, объясняет связь между MSL, воздействием окружающей среды и ограничениями при сушке, которые могут различаться для устройств и носителей. В нем указана более старая редакция J-STD-033, поэтому его ссылки не следует считать определяющими редакцию для нового проекта.
В своем контексте TI SLVA840 указывает для MSL 3 воздействие в течение 168 часов при заданных условиях. Это значение полезно для понимания приведенного ниже расчета, но не является общим допуском для всех компонентов. Используйте применимую маркировку с точными условиями среды и утвержденный процесс для конкретной партии.
Пример: суммарное время воздействия
Предположим, что маркировка партии разрешает 168 часов при указанных условиях производства, а утвержденная процедура считает оба зарегистрированных интервала допустимым временем на производстве при этих условиях:
| Запись воздействия | Время |
|---|---|
| Первый интервал воздействия | 48 ч |
| Второй интервал воздействия | 36 ч |
| Общее зарегистрированное воздействие | 48 ч + 36 ч = 84 ч |
| Номинальный остаток до оплавления | 168 ч − 84 ч = 84 ч |
Остаток в 84 часа является номинальным: предполагается, что других учитываемых интервалов не было, а зарегистрированные условия и интервалы принимаются применимой процедурой. Время в сухом хранении или повторно запечатанном пакете учитывайте так, как предписывает утвержденная процедура. Повторная упаковка автоматически не запускает отсчет заново.
Если партия находилась при более высокой температуре или влажности, записи отсутствуют либо произошло отклонение, не используйте простое вычитание для принятия решения. Поместите материал на удержание для утвержденной оценки.
Приемка: сохраните данные упаковки
Партия сухоупакованных компонентов обычно поступает во влагозащитном пакете с маркировкой, осушителем и индикаторной картой влажности (HIC). Требования к комплектности и оценке определяются инструкциями изготовителя по упаковке и применимой процедурой.
При приемке зафиксируйте данные, позволяющие связать невскрытую упаковку с последующей записью о сборке:
- Изготовителя, номер детали, идентификацию корпуса и MSL.
- Идентификаторы партии, серии или прослеживаемости, а также количество и тип носителя.
- Условия времени вне упаковки, указанные на маркировке, и ограничения по оплавлению или обращению.
- Дату герметизации пакета, если она указана, и другие применимые сведения об упаковке или сроке хранения.
- Дату получения и состояние пакета, швов и маркировки.
- Документацию или редакцию, примененную для приемки партии.
- Любые повреждения, недостающие сведения или расхождения и принятое по ним решение.
Осматривайте внешнюю сторону пакета, не вскрывая его только ради обычной записи о приемке, если утвержденный процесс не требует иного. Прокол, нарушенный шов, отсутствующая маркировка или непрослеживаемая партия должны запускать установленную процедуру удержания, а не предположение о пригодности компонентов.
При вскрытии пакета для использования проверьте и задокументируйте HIC и содержимое упаковки в соответствии с применимыми инструкциями. Карту интерпретируют по этой процедуре; это не универсальный прибор с единственным критерием для всех изделий. Если показания неприемлемы или не поддаются интерпретации, направьте партию на оценку. Одно лишь наличие осушителя не подтверждает сухость содержимого.
Изображение: 6 Spot Humidity Indicator Card, автор Egandolfo, лицензия CC BY-SA 3.0; преобразовано в WebP. Это сторонний пример, а не фотография HILPCB или фактического состояния партии. Значения и инструкции на карте относятся к этой конкретной карте и не являются универсальными критериями приемки.
Начните, отслеживайте и сверяйте время воздействия
Надежная запись связывает каждое вскрытие и последующее перемещение с фактической партией компонента. В типовом процессе вскрытие герметичного пакета запускает отслеживание по применимой процедуре. Уточните событие, с которого начинается отсчет для конкретного материала, и задокументируйте его.
Журнал должен позволять ответить на вопросы:
- Какие компоненты? Запишите номер детали, партию и количество, включая разделенные катушки или лотки.
- Когда было воздействие? Запишите время вскрытия и каждый последующий интервал воздействия.
- При каких условиях? Запишите или укажите данные мониторинга среды, требуемые утвержденной процедурой.
- Куда направили компоненты? Укажите размещение у линии, сборку, утвержденное сухое хранение, повторную упаковку или передачу на другую операцию.
- Что осталось? Запишите суммарное учитываемое время и остаток либо отметьте, что остаток неизвестен.
- Что произошло затем? Свяжите партию с собранными платами, операцией оплавления, возвратом на склад или разрешенным решением.
Партия может быть вскрыта для наладки, возвращена на хранение и открыта снова. Расчет должен учитывать все подлежащие учету интервалы, а не предоставлять новый полный допуск при каждом вскрытии. Если катушку разделили, для каждого полученного количества нужна прослеживаемая история; иначе баланс времени может потеряться при обычном перемещении материалов.
Контроль не ограничивается установкой компонентов. Согласуйте размещение и производство так, чтобы учитывать воздействие до соответствующей операции оплавления. Уже установленные на плату компоненты также могут требовать защиты, пока плата ожидает оплавления или перемещается между операциями.
Сухое хранение и повторная упаковка
Утвержденное сухое хранение или повторная упаковка могут быть частью контроля воздействия, но ни одно из этих действий нельзя считать автоматическим сбросом отсчета. Применимый стандарт, инструкции на компонент и утвержденная процедура определяют, учитывается ли иначе время в конкретных условиях хранения и какие записи нужны.
При перемещении материала в контролируемое хранилище запишите время передачи, количество, идентификацию партии и баланс времени на тот момент. Зафиксируйте и извлечение. Если повторная упаковка разрешена, сохраните идентификатор и историю на новой упаковке, а не заменяйте исходную историю новой датой пакета.
Если условия хранения не поддерживались или это нельзя подтвердить, соответствующий интервал требует оценки. Не классифицируйте его молча как защищенное время.
Таблица решений для типовых ситуаций обращения
| Ситуация | Немедленное действие | Данные для принятия решения |
|---|---|---|
| Получен целый сухой пакет с идентификацией | Записать приемку и хранить по применимым инструкциям | Деталь и партия, маркировка, дата герметизации при наличии, состояние пакета и требования к упаковке |
| Пакет вскрыт для производства | Начать или продолжить утвержденный учет воздействия | Время вскрытия, MSL, условия на маркировке, партия и запись о среде |
| Часть партии возвращена на хранение | Сохранить идентификатор партии и записать перемещение | Накопленное время, количество, условия хранения и утвержденный учет времени хранения |
| Поврежден пакет, отсутствует маркировка или сомнительна HIC | Удержать затронутый материал | Данные об упаковке, инструкции изготовителя, прослеживаемость и утвержденная оценка |
| Возможно превышение ограничения или история неизвестна | Удержать до дальнейшего нагрева | Все доступные временные отметки и условия, затронутое количество, применимые варианты восстановления и разрешение |
| Рассматривается сушка | Не сушить до утверждения процесса | Инструкции для устройства и носителя, допустимый цикл, метод оборудования и необходимые записи |
| Плату нужно ремонтировать | Оценить и влажностную, и тепловую историю | Воздействие на компоненты, предыдущие оплавления, метод ремонта, ограничения компонентов и инструкции для платы |
Таблица помогает направить материал на нужное решение, но не заменяет утвержденную процедуру обращения проекта.
Отклонения, неизвестное воздействие и сушка
Отклонение требует принять решение, а не гадать. Примеры: незаписанное время вскрытия, условия среды за пределами указанной основы, повреждение пакета, обнаруженное после приемки, или ненадежный баланс воздействия партии. Определите и отделите затронутое количество, сохраните имеющиеся данные и получите разрешенное решение до оплавления или другой соответствующей тепловой операции.
Решение может учитывать рекомендации изготовителя, применимый стандарт и согласованные полномочия инженерной или службы качества. В зависимости от случая оно может предусматривать разрешенную процедуру восстановления, дальнейшее расследование или отбраковку. Визуальный осмотр внешне целого корпуса не заменяет такое решение.
Сушка зависит от компонента и носителя
Для некоторых влагочувствительных устройств сушка может быть разрешенным способом восстановления, но это не универсальное корректирующее действие. Не существует единого безопасного времени или температуры сушки для всех компонентов, катушек, лотков и туб.
Перед разрешением сушки выясните:
- Разрешает ли ее изготовитель устройства и на каких условиях.
- Выдержит ли фактический носитель предлагаемый процесс.
- Нужно ли перенести компоненты в утвержденный носитель.
- Повлияют ли предлагаемые условия на паяемость, упаковку или другие требования.
- Какая утвержденная процедура, оборудование и записи применимы.
- Кто уполномочен после этого выпустить партию.
Документ Microchip MSL Communication предупреждает, что некоторые лотки нельзя сушить. В TI SLVA840 также рассматриваются ограничения сушки, зависящие от устройства и носителя. Способность компонента выдержать процесс не означает, что его транспортировочный лоток или катушка выдержат тот же процесс.
После разрешенной сушки зафиксируйте идентификацию и количество материала, утвержденную процедуру и ее редакцию, требуемые ею фактические данные цикла, завершение и разрешение на выпуск. Затем заведите последующий учет воздействия согласно утвержденным правилам. Не считайте, что после цикла в печи автоматически появился новый допуск.
Оплавление, осмотр и ремонт
Перед оплавлением сборщик должен уметь связать каждую контролируемую партию компонентов с ее статусом по воздействию и платами, на которых она использована. Производственная запись также должна ссылаться на применимый профиль оплавления и тепловые ограничения компонентов. Контроль влаги и профиля температуры связаны, но один не заменяет другой.
Осмотр после оплавления может выявить некоторые дефекты корпусов и сборки. Подходящие методы зависят от конструкции и плана контроля; общий контекст приведен в материале об инспекции печатных плат. Ни визуальный осмотр, ни один метод испытаний нельзя представлять доказательством отсутствия скрытых повреждений после отклонения по воздействию влаги.
К ремонту нужно подходить с той же дисциплиной. На плате, возвращенной для локального нагрева, могут быть влагочувствительные корпуса, уже прошедшие нагрев при сборке и последующее воздействие окружающей среды. До ремонта проверьте историю воздействия затронутых компонентов, допустимую тепловую историю, инструкции по ремонту и любые утвержденные требования к подготовке. Запишите ремонт и свяжите его с платой и прослеживаемостью компонентов. Успешное первое оплавление не означает неограниченного разрешения на последующий нагрев.
Данные для выпуска и запроса предложения
Для закупки важно не только наличие маркировки MSL. Важно, могут ли все стороны сохранять и передавать сведения, необходимые для разрешенного решения по сборке.
Включите в пакет выпуска или запрос предложения:
- Идентификация компонентов: изготовитель, полный номер детали, корпус, MSL и применимые условия на маркировке.
- Партия и упаковка: количество, идентификаторы партии, тип носителя, состояние пакета, дата герметизации при наличии и известные предыдущие вскрытия.
- История воздействия: временные отметки, суммарное учитываемое время, записи о среде либо четкое указание, что история неизвестна.
- Применимые требования: редакции J-STD-020 и J-STD-033, указанные в договоре, инструкции компонентов, утвержденные внутренние процедуры и порядок разрешения конфликтов.
- Хранение и восстановление: требования к сухому хранению, повторной упаковке, рассмотрению отклонений и любому разрешенному процессу сушки, включая ограничения носителя.
- План сборки: распределение партий компонентов по платам, ограничения оплавления и ремонта, а также требуемая прослеживаемость.
- Данные для выпуска: записи и разрешения, необходимые принимающей стороне до использования материала или возврата на склад.
- Контакты для решений: назначенные роли, уполномоченные оценивать исключения и выпускать удержанный материал.
Явно распределите ответственность. Поставщик компонентов может предоставить исходную упаковку, маркировку и документацию изготовителя; заказчик или владелец материала должен сообщить об известной предшествующей обработке; сборщик должен регистрировать выполняемые операции в соответствии с согласованным процессом. В соглашении по проекту следует определить, кто контролирует условия, хранит записи, разрешает восстановление и принимает исключения; это нельзя предполагать только по заказу на закупку.
Для проекта с предоставленными или закупаемыми компонентами рассмотрите объем услуг SMT-монтажа или монтажа под ключ, затем укажите обязанности по контролю влаги в соглашении. Передайте данные о компонентах и воздействии с запросом расчета стоимости либо свяжитесь с HILPCB, чтобы обсудить неразрешенное требование к истории материала.
Часто задаваемые вопросы
Всегда ли вскрытие влагозащитного пакета начинает новый полный период времени вне упаковки?
Нет. Начните или продолжите учет воздействия в соответствии с применимой процедурой. В ранее вскрытой партии уже могло накопиться время воздействия.
Для каждого ли устройства MSL 3 разрешено 168 часов на производстве?
Не предполагайте этого без проверки применимой маркировки и условий. Приведенный пример 168 часов связан с указанными условиями среды и не отменяет требований к конкретному устройству.
Сбрасывается ли отсчет, если снова запечатать катушку в пакет?
Нет, автоматически. Учитывайте предыдущее воздействие, а период хранения после повторной упаковки обрабатывайте по утвержденной процедуре.
Можно ли сушить любой влагочувствительный компонент в исходном лотке?
Нет. Предлагаемый процесс должны разрешать ограничения и устройства, и носителя; некоторые лотки нельзя сушить.
Что делать, если история воздействия неизвестна?
Удержите затронутый материал до дальнейшего нагрева и получите разрешенное решение на основе доступных записей, инструкций изготовителя и применимой процедуры.