半導體封裝的防潮

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

在傳統的半導體封裝中，明智的材料選擇、仔細控制的組裝環境、創新的操作系統、和在運輸中放置在密封包裝中的干燥劑等措施已經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材料依然能被透過，從而使潮氣進入。今天，隨著軍用的高可靠性產品，宇航和靈敏度高的工業應用，加上涉及到高溫下的無鉛工藝日益成熟，都促使半導體封裝供應商和他們的顧客重新考慮濕度控制。

吸收到內部的潮氣是半導體封裝最大的問題。當其固定到PCB板上時，回流快速加熱將在內部形成壓力。這種高速膨脹，與不同封裝結構材料的熱膨脹系數（CTE）速率不同，可能產生封裝所不能承受的壓力。盡管現在，進行回流操作時，在180℃ ~200℃時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里，任何濕度的存在都能夠形成足夠導致破壞封裝的小爆炸（爆米花狀）或材料分層。

一些工業協會和某些公司已經提升了對濕度危害的認識，并已經開始開發專用的工業指導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)一起發布了J-STD-033A — 操作、包裝、運送、和使用濕度/回流敏感SMD的標準。2002年，該標準經過修訂包括了烘烤工藝和干法儲藏的部分。這些文件的內容提供了操作、干法包裝和儲藏、烘烤和在封裝到達之前跟蹤控制濕度吸收的部分。

根據聯盟的意見，“在回流中失效的風險直接與界面的濕度有關，這個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散的速率根據封裝而改變，每個新器件就必須基于其“在一個標準的生產環境中需要多久來吸收到一個臨界水平的濕度”被分類。即便是經驗豐富的從業者也常常被濕度的問題所困惑，因為在預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，半導體封裝專業人士將會仔細查閱近期的相關標準。

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

依據IPC/JEDEC聯合制定的標準， 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。正如下游的半導體封裝，PCB組裝廠會成為控制回流工藝的前沿，而且必須和供應商緊密合作來保證無濕度封裝的運送。實際上，他們經常使用裝備有射頻標簽的濕度跟蹤系統、局部控制單元和專用軟件來顯示封裝流水線，運輸/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體封裝中的不同材料，會引起嚴重的問題，在安裝封裝到PCB板上時必須予以考慮。也要記住的是，在雙面組裝線中，一些封裝會經過兩次回流工藝。當以下的工業指導方針能控制濕度時，為什么要冒受潮的封裝的失效風險？