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濕敏元件 （MSD） 是印刷電路板 （PCB） 組裝中的關(guān)鍵問題，因?yàn)樘幚聿划?dāng)會導(dǎo)致代價高昂的缺陷、產(chǎn)量降低和可靠性受損。隨著電子行業(yè)趨向于更小、更密集和更復(fù)雜的 PCB，吸濕帶來的風(fēng)險也變得更加重要。本博客為工程師提供了在組裝過程中有效管理 MSD 的全面指南，利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)用技術(shù)來確保高質(zhì)量的結(jié)果。

了解濕敏元件 （MSD）

濕敏元件（通常稱為 MSD）是封裝在塑料等可滲透材料中的電子元件，例如集成電路 （IC）、LED 和連接器。這些材料允許水分通過擴(kuò)散滲透，擴(kuò)散會在組件內(nèi)的材料界面處積聚。當(dāng)焊料回流過程中暴露在高溫下時，吸收的水分會蒸發(fā)，導(dǎo)致微裂紋、分層甚至組件故障等缺陷。根據(jù) IPC/JEDEC J-STD-020E 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，MSD 分為 1 到 6 級的水分敏感等級 （MSL），級別越高表示靈敏度越高，允許的暴露時間越短。

例如，MSL 4 元件在潮濕環(huán)境（30°C，60% 相對濕度）下的車間壽命為 72 小時，而 MSL 6 元件必須在打開防潮袋 （MBB） 后的數(shù)小時內(nèi)焊接。不遵守這些限制可能會導(dǎo)致通常不可見的缺陷，例如內(nèi)部分層，這會在高濕度條件下使 PCB 的可靠性降低多達(dá) 30%。

為什么濕度控制在 PCB 組裝中很重要

濕氣對 PCB 性能構(gòu)成多重威脅。水通常含有氯化物和硫酸鹽等溶解鹽，具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，會導(dǎo)致短路或腐蝕。當(dāng) PCB 表面比周圍環(huán)境更冷時，就會形成冷凝，它會在元件封裝外部和內(nèi)部沉積水分，從而加劇這些問題。這在高密度 PCB 中尤其成問題，因?yàn)樾盘柾暾钥赡軙艿接绊懀瑢?dǎo)致傳播延遲增加（例如，在潮濕條件下高達(dá) 10% 的信號滯后）或完全電路故障。

向無鉛焊接的轉(zhuǎn)變需要更高的回流溫度（高達(dá) 260°C，而傳統(tǒng) SnPb 焊料為 230°C），這加劇了這些風(fēng)險。在回流焊過程中，元件或 PCB 基板中的水分會變成蒸汽，導(dǎo)致“爆米花”（封裝開裂）或分層，在管理不善的環(huán)境中，這會使產(chǎn)量降低 15-20%。

管理 MSD 的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

為了應(yīng)對與濕度相關(guān)的挑戰(zhàn)，電子行業(yè)依賴于兩個關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)：IPC/JEDEC J-STD-020E 和 IPC/JEDEC J-STD-033D。這些指南為分類、處理和儲存 MSD 提供了一個框架，以最大限度地減少缺陷。

• IPC/JEDEC J-STD-020E：本標(biāo)準(zhǔn)定義了 MSL 分類并概述了確定組件對濕氣誘導(dǎo)應(yīng)力敏感性的測試方法。它確保組件在組裝前經(jīng)過適當(dāng)?shù)目煽啃哉J(rèn)證。

• IPC/JEDEC J-STD-033D：該標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于 MSD 的處理、包裝和運(yùn)輸。它指定了使用防潮袋 （MBB）、干燥劑和濕度指示卡 （HIC） 等程序來控制水分暴露。

此外，IPC-1601A 提供了處理和儲存裸 PCB 的指南，強(qiáng)調(diào)使用干燥環(huán)境和保護(hù)性包裝以防止吸濕。根據(jù)行業(yè)報告，遵循這些標(biāo)準(zhǔn)可以將與潮濕相關(guān)的故障減少多達(dá) 25%。

在組裝過程中處理 MSD 的最佳實(shí)踐

MSD 的有效管理需要預(yù)防措施、正確處理和受控環(huán)境的組合。以下是確保 PCB 組裝過程中水分控制的可行步驟。

1. 組裝前妥善存放

MSD 必須儲存在裝有干燥劑和濕度指示卡 （HIC） 的防潮袋 （MBB） 中，以將濕度保持在 10% 以下。這些袋子應(yīng)真空密封，并在收到時檢查是否有撕裂或刺破等缺陷。損壞的 MBB 會將組件的保質(zhì)期從 12 個月縮短到幾天。裸露的 PCB 還應(yīng)存放在干燥環(huán)境（相對濕度 <50%）的 ESD 安全 MBB 中，以防止環(huán)氧樹脂等吸濕性材料吸收水分。

2. 來料檢驗(yàn)

收到 MSD 后，請徹底檢查 MBB 是否有物理損壞，并驗(yàn)證袋子密封日期以確定剩余保質(zhì)期。檢查 HIC 以確保濕度水平在可接受的范圍內(nèi)（通常為 <10% RH）。如果 HIC 表明濕度過高，則應(yīng)在使用前按照 MSL 特定的準(zhǔn)則（例如，MSL 3 組件在 125°C 下放置 24 小時）對組件進(jìn)行烘烤。

3. 受控的裝配環(huán)境

保持受控的裝配環(huán)境，相對濕度在 40% 到 60% 之間，溫度在 65°F 到 75°F 之間，以盡量減少水分吸收。高濕度會滲入焊膏，導(dǎo)致焊接不完整，在典型的回流焊曲線下，高達(dá) 10% 的電路板出現(xiàn)缺陷。使用氣候室調(diào)節(jié)組裝過程中的條件，尤其是在熱帶或潮濕氣候中。

4. 必要時烘烤

如果 MSD 超過其地板壽命或暴露在潮濕環(huán)境中，烘烤是去除水分的可靠方法。在 100-125°C 下烘烤 24-48 小時（取決于 MSL）可以將水分含量降低到 0.1% 以下，防止與回流相關(guān)的損壞。然而，烘烤會增加生產(chǎn)時間和成本，因此它應(yīng)該是最后的手段。真空解吸可降低水的沸點(diǎn)，可以作為敏感成分的替代方案，將烘烤溫度降低到 80-100°C。

5. 盡量減少組裝過程中的暴露

打開 MBB 后，跟蹤 MSD 的暴露時間，以確保它們在地板使用壽命內(nèi)焊接。例如，在 30°C/60% RH 下暴露超過 72 小時的 MSL 4 組件需要烘烤。使用自動化系統(tǒng)監(jiān)控曝光時間，尤其是在高混合生產(chǎn)線中，在生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換期間，組件可能會臨時存放。

6. 保護(hù)涂層和設(shè)計注意事項(xiàng)

組裝后涂覆保形涂層（例如丙烯酸、聚氨酯或硅膠）可提供防潮和防污屏障。這些涂層可以在潮濕環(huán)境中減少高達(dá) 20% 的腐蝕相關(guān)故障。在 PCB 設(shè)計過程中，考慮垂直板方向以防止積濕，并使用網(wǎng)狀銅結(jié)構(gòu)來最大限度地減少水分滯留，盡管這些可能會影響電氣性能。

先進(jìn)的水分管理技術(shù)

對于高可靠性應(yīng)用，先進(jìn)的技術(shù)可以進(jìn)一步增強(qiáng)濕度控制：

• 干燥柜：將 MSD 和 PCB 儲存在數(shù)字控制的干燥柜中，保持 <5% RH，與 MBB 相比，減少了處理錯誤。這些機(jī)柜可以將組件的保質(zhì)期延長多達(dá) 50%。

• 氮?dú)夤瘢涸跇O端情況下，氮?dú)獯祾吖窨梢韵鯕夂退?，盡管它們對于大多數(shù)應(yīng)用來說成本高昂。

• 真空層壓：在 PCB 制造過程中，應(yīng)用低壓真空層壓以防止間隙吸收水分，將電路板完整性提高 15%。

• 掃描聲學(xué)顯微鏡 （SAM）：使用 SAM 檢測內(nèi)部分層或爆裂，而不會損壞組件，確保高價值組件的質(zhì)量控制。

在 PCB 組裝過程中處理對濕度敏感的元件需要仔細(xì)注意存儲、檢查和環(huán)境控制。通過遵守 IPC/JEDEC J-STD-020E 和 J-STD-033D 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施 MBB 和保形涂層等預(yù)防措施，并利用干燥柜等先進(jìn)技術(shù)，工程師可以顯著減少與潮濕相關(guān)的故障。這些做法不僅提高了產(chǎn)量，還確保了電子設(shè)備的長期可靠性。通過保持主動和知情，您可以保護(hù)您的 PCB 免受潮濕的隱患，并提供高質(zhì)量的組件。