表面贴装器件引脚氧化的处置和预防
1.氧化原因
对SMD引脚(球)表面的氧化物(主要为铜、锡表面氧化层)的研究表明[2]
,高温高湿是形成氧化层的
主要原因,而造成SMD引脚吸潮氧化的原因为在空气中暴露的时间过长,或者超过器件的极限存储周期,而可能造成上述问题的环节按时间顺序依次为采购、检验、储存和使用
2.采购
所采购的器件已经接近或超过存储极限周期,或因过早采购造成器件在库房中超期存储,都会使SMD在后续工序中极易吸湿氧化。
3.检验
检验时如果不注意,拆开原包装,导致器件在空气
中放置时间过长,或用手直接接触器件的引脚部分,器件引脚就容易吸湿,时间一长引脚氧化就不可避免。库存和转运如果库存环境不满足器件存放的
要求
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,缺少相应的除湿设备,或者库房长期处于一个潮湿的环境,那么长期处于该环境中的器件就不可避免会吸湿氧化。
4.SMT生产过程中
每一种SMD都有自己的车间寿命,即SMD拆封后,放置在焊接操作间环境(温度一般低于30度,湿度低于60%RH)
中允许的最长时间。所有的焊接
操作应该在这个时间段内完成,如果超过这个时间很容易产生氧化问题。
5 其他因素
另外,各个环节之间衔接是否紧密合理,也会影响到器件在库房储存、转运过程中所耽误的时间。如果衔接不合理,很容易使器件长时间存于库房或放置在生产现场,这样会间接造成器件引脚氧化。
2.氧化处理措施
.
对于引脚已经氧化的器件,要根据氧化的程度采取相应的处置方法。对于轻度氧化的SMD一般可以采取烘焙的方法,以去除器件内吸进的潮气,减轻氧化
的程度。另外也有用等离子清洗机进行清洗的。
6.1 高温烘焙进行预处理
根据SMD的类别,在吸湿氧化后宜采用不同的烘
焙方式,具体见表1[4]
。
e为“C”度
经过适当的烘焙后,许多器件是可以进行焊接的。如果经过烘焙预处理后仍然无法焊接,就只能进行退货处理。
需要注意的是,在进行烘焙前应该对SMD吸湿氧化程度进行认定。具体认定方法有以下几种:1)通过器件包装内湿度指示卡判断。一般30%的圈变为粉红色时,就有吸湿氧化的危险,需要烘焙;2)对引脚进行润湿试验(如类似QFP封装的器件)来判断是否吸湿氧化;3)根据器件引脚颜色(如类似BGA封装的器件)进行判断和比对。一般应在放大镜下进行检查,吸湿氧化严重的器件引脚(球)颜色偏暗。
6.2 干燥柜常温去湿防氧化
由于烘焙可能造成元器件引脚氧化或引起过多的金属间增生从而降低引脚的可焊接性。因此,将元件保存在烘焙温度下的烘箱内除湿并不适合所有场合。此时可采用下列干燥箱存储常温去湿的方法:
对于潮湿敏感水平为2~4级的防湿包装拆开后的SMD,如暴露在小于或等于30℃/60%RH环境下不超过12h,将其放入湿度在10%RH以下的常温干燥箱中,经过5倍于暴露时间的除湿保管时间,可以恢复原来的车间寿命;对于潮湿敏感水平为5~5a级的防湿包装拆开后的SMD,如暴露在小于或等于30e/60%RH环境下不超过8h,将其放入湿度在5%RH以下的常温干燥箱中,经过10倍于暴露时间的除湿保管时间,可以恢复原来的车间寿命。
6.3 采用等离子清洗
等离子体清洗主要是依靠等离子体中活性粒子的/活化作用0达到去除物体表面污渍的目的。就反应机制来看,等离子体清洗通常包括以下过程:无机气体被激发为等离子态)气相物质被吸附在固体表面)被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子)产物分子解析形成气相)反应残余物脱离表面。
等离子体清洗技术的最大特点是对各种基材类型的处理对象均可进行处理,对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料(如聚丙烯、聚脂、聚酰亚胺、聚氯乙烷、环氧,甚至聚四氟乙烯等)都能很好地处理,并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。
等离子体清洗还具有以下几个特点:1)容易采用数控技术,自动化程度高;2)具有高精度的控制装置,时间控制的精度很高;3)正确的等离子体清洗不会在表面产生损伤层,表面质量得到保证;4)由于是在真空中进行,不污染环境,保证清洗表面不被二次污染。
在一些企业中,曾有过用等离子清洗机清洗氧化器件的先例,据说效果还不错。但是,等离子清洗机主要应用在微电子行业和器件封装过程中,而且其费用也很昂贵,如果单为清洗氧化器件而购置等离子清洗机实为大材小用。
6.4 其他处理方式
其他处理方式包括传统的采用化学溶剂进行处理的方式。此种方式建议慎重使用,因为笔者曾经遇到过这样的例子:某批器件在采取化学溶剂处理后虽然满足了器件的焊接要求,但是在随后的调试过程中却发现其中有部分SMD已经失效,即功能已经丧失。因此,还有待进一步研究,在新的好的配方出来以前,此种方式使用时一定要慎重。
另外一种较为古老的方法是用橡皮擦擦拭,对一些器件可能管用,但是有时效果并不理想。
SMD引脚氧化的预防
综上所述,造成SMD吸湿氧化的原因是多方面的,但是可以采取针对性的措施来尽量避免这种情况的发生。
1 器件采购
采购人员应该引起注意的是器件生产批次和采购时机。采购时要选用生产日期较近的器件。另外,物流部门应该根据企业内部的整体计划合理地确定采购时机(关键的一点),以避免器件长期存放于企业的库房中。
2 选择合适的检验方式
对于可以检验的器件,检验人员应该在尽量少破坏原包装的情况下,抽取部分器件进行抽检;对于没有办法进行检验的器件,不要拆包装,只进行外表以及器件完好性检验,这样可以避免在检验阶段器件吸湿氧化。3.3 库存和电装现场环境
按照相关标准的要求,库房和电装现场的环境应保持在合适的温湿度。湿敏SMD在出厂时都被封装于带干燥剂的防潮包装袋内,规范的还应印(贴)有/使用说明书0,并注明防潮有效期(一般为一年)
在满足这个包装要求的前提下,器件库的标准温度一般为20℃~30℃,舒适值为20℃~25℃;标准湿度为30%~70%,舒适值为40%~70%。电装现场的环境应控制在以下范围:最佳环境温度为(23?3)℃,一般温度为17℃~28℃,极限温度为15℃~35℃,印刷工作间最佳环境温度为(23?3)℃;相对湿度为45%RH~70%RH。
另外,对于暂时不使用的器件采用防静电袋真空包装也不失为一种较好的防吸湿防氧化措施。
4 缩短库存和电装工序的时间间隔在温度(25?2)℃,相对湿度55%~70%的条件下,一般电子元器件开封后存放,在48h内基本可以满足焊接要求,时间过长容易发生氧化。表面贴装器件的生产现场要求温度低于30℃,湿度低于60%。对于有防潮要求的器件,开封后72h内必须用完,如未用完则应存放在湿度低于20%的干燥箱内。已受潮的器件应按规定进行去潮烘干处理。对于各类器件的车间寿命,IPC-M-109作出了较为详细的规定,详见
表2[6]
。
各个环节的衔接合理紧凑
在库房存储条件不是很到位的时候,要尽量减少库
存的时间;而在库房条件具备的时候,要尽量减少领用和电装之间的时间间隔[7]
,某些湿敏敏感器件(MSD)可以采取先配料后领料的方式,即在电装前再将器件领出。另外,用后多余的器件应按要求及时放入干燥箱或退入库房统一管理。总之,要使各个环节间的衔接合理而紧凑,尽量不让器件处于吸湿氧化环境中
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