作者：英國 馬瑟韋爾 TSI Consultants公司技術(shù)總監(jiān)：Mike Cummings

濕度在制造過程中起著關(guān)鍵的作用，太低將導(dǎo)致東西干燥，ESD增加，灰塵水平較高，模板開孔更容易堵塞，模板磨損增加，已經(jīng)證明濕度太低直接影響并降低生產(chǎn)能力。太高將導(dǎo)致材料潮濕吸收水分，造成分層，爆米花效應(yīng)、焊料球。潮濕也降低了材料的Tg值，增大了回流焊期間的動態(tài)翹曲。

表面潮濕簡介

金屬上的潮濕吸水層等

幾乎所有的固體表面（如金屬、玻璃、陶瓷、硅等）都有一個潮濕吸水層（單分子層或多分子層），當(dāng)表面溫度等于周圍空氣的露點溫度（取決于溫度、濕度和氣壓），這種潮濕吸水層就成為可見層。金屬對金屬的摩擦力隨著濕度的降低而增加，在相對濕度20%RH及以下，摩擦力比在相對濕度80% RH條件下增加了1.5倍。

有機塑料上的潮濕吸水層等

多孔或吸潮表面（環(huán)氧樹脂、塑料、焊劑等）往往吸收這些吸水層，即使表面溫度低于露點（冷凝）時，在材料表面也看不到含有水分的吸水層。

正是這些表面上的單分子吸水層中的水滲透到塑封器件（MSD）中，當(dāng)單分子吸水層在厚度上接近20層時，這些單分子吸水層吸收的水分最終會導(dǎo)致回流焊期間的爆米花效應(yīng)。

應(yīng)根據(jù)IPC-STD-020控制塑封器件在潮濕環(huán)境中的曝露狀況

制造過程中的濕度影響

濕度對生產(chǎn)制造有多種影響，一般來說，潮濕是不可見的（重量增加除外），但帶來的后果是氣孔、空洞、焊料飛濺、焊球和底部填充空洞等。

對于任何工藝過程來說，最糟糕的潮濕情況是水分凝結(jié)，需確?；灞砻嫠挚刂圃谠试S的范圍內(nèi)，而不會對材料或工藝過程產(chǎn)生不利影響。

受控的允許范圍？

在幾乎所有的涂層工藝（硅半導(dǎo)體制造中旋轉(zhuǎn)涂布、掩膜和金屬涂層）中，公認(rèn)的措施就是控制與基板溫度相對應(yīng)的露點，然而基板組裝制造業(yè)從來沒有考慮過環(huán)境問題是一個值得關(guān)注的問題（雖然我們在全球消費者團隊發(fā)布了環(huán)境控制指南和應(yīng)控制的各種參數(shù)）。

隨著器件制造工藝走向更精細(xì)的功能特征，更小的元件和更高密度的基板使我們的工藝要求接近了微電子和半導(dǎo)體行業(yè)的環(huán)境要求。

我們已經(jīng)知道了灰塵控制問題，以及它給設(shè)備和工藝過程所帶來的問題。我們現(xiàn)在要知道，元件和基板上的高濕度水平（IPC-STD-020）會引起材料性能退化、工藝和可靠性問題。

我們已經(jīng)推動一些設(shè)備制造商在設(shè)備中控制環(huán)境，材料供應(yīng)商配制的材料能夠在更惡劣的環(huán)境中應(yīng)用。到目前為止我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)濕度會引起焊膏、模板、底部填充材料等的問題。

通常涂料如焊膏是由固體懸浮在溶劑、水或溶劑混合物上形成的，這些液體涂覆到金屬基板的主要功能是提供粘性，粘結(jié)在金屬表面，但是如果金屬表面接近環(huán)境露點，水可能會部分凝結(jié)，錫膏下捕獲的水分將造成附著力問題（涂層下水泡等）。

在金屬涂覆工業(yè)中，露點儀可用于確保涂層對金屬基體的粘附性。

從根本上說，這個儀器準(zhǔn)確測量金屬基板上或周圍的濕度水平并計算露點，將這個結(jié)果與測量部件的基板表面溫度進(jìn)行比較，然后計算出基板溫度和露點之間的?T，如果?T小于3～5 ℃，部件不能被涂覆，因附著力差，會導(dǎo)致空洞。

吸潮與相對濕度RH和露點的關(guān)系

在相對濕度約20% RH時，基板和焊盤上有一個水分子氫鍵的單分子層，粘接到表面（不可見）。水分子是不移動的，在這種狀態(tài)下，甚至在電氣性能上，水是無害的良性的?？赡軙l(fā)生一些干燥問題，取決于基板在車間的儲存情況，這時表面上的水分交換地進(jìn)行吸潮與蒸發(fā)，保持恒定的單分子層。

單分子層的進(jìn)一步形成，依賴于基板表面的水分吸收。環(huán)氧樹脂、焊劑和OSP都具有高吸水性，金屬表面則沒有。

隨著與露點相關(guān)的相對濕度RH水平的提高，金屬焊盤（銅）將吸濕更多的水分，甚至穿過OSP，形成多分子層（多層）。關(guān)鍵是單分子層20層及其以上的地方，集聚了大量的水，電子可以流動，由于污染物的存在，會形成枝晶或CAF。當(dāng)接近露點溫度（露點/冷凝）時，多孔表面如基板容易吸收大量的水，當(dāng)?shù)陀诼饵c溫度時，親水表面會顯著地吸收大量的水。對于我們的電子組裝工藝，當(dāng)這些吸收的緊抱表面的水分達(dá)到一個臨界量時，就會引起焊劑效率降低，在底部填充和回流焊過程中排氣，以及模板印刷時不良的焊膏釋放等問題。

焊膏

實際上焊膏與涂覆材料如涂料有類似的過程，盡可能多的助焊劑必須粘附到基板表面，以使焊膏有效地從模板開孔中釋放。接近周圍環(huán)境露點的焊膏會降低粘性強度，從而導(dǎo)致焊膏釋放不良。

ECU單元的空氣溫度應(yīng)盡可能遵守與露點有關(guān)的金屬涂覆的規(guī)則，即對于金屬涂覆，如金或錫，基板溫度應(yīng)不超過露點溫度4±1 ℃的界限，對于多孔/親水表面，如OSP，我們要求的最低溫度應(yīng)≥5 ℃。

DEK印刷機設(shè)置

在車間，DEK ECU實際設(shè)定溫度26 ℃。機內(nèi)環(huán)境相對濕度45% RH，機內(nèi)環(huán)境下計算的基板露點溫度15 ℃。進(jìn)入絲網(wǎng)印刷機之前記錄的最冷基板溫度是19 ℃，ΔT（基板溫度與露點之差）是（19 ℃-15 ℃）4 ℃，這僅僅達(dá)到了金屬安全涂覆ASTM和ISO涂層規(guī)范（最低4±1℃）的低限，但是現(xiàn)場的生產(chǎn)操作就有可能失敗。多孔表面涂覆規(guī)范要求基板溫度高于5 ℃，因此我們可以認(rèn)為該基板將吸潮。

如果我們把一個冷的（19 ℃）基板放置到其他設(shè)備上，如富士設(shè)備，車間濕度＞60%RH，我們會有一個2 ℃的ΔT，這將根本不能滿足ASTM/ISO涂覆規(guī)范要求，因為基板太濕。優(yōu)化的良好設(shè)置應(yīng)是露點之上≥5 ℃。

車間測量

基板表面吸收的水分取決于表面溫度與環(huán)境空氣溫度和相對濕度（露點），當(dāng)基板溫度接近露點時，由于形成較厚的多分子層水層，焊盤潮濕，將使焊膏等的附著力（粘性）低下，造成模板開孔中焊膏的不良釋放。

下面是根據(jù)車間情況的各種溫度和濕度范圍計算的臨界溫度。記錄了三個基板溫度19 ℃、20 ℃和21 ℃，圖1給出了以避免水分吸收的安全的車間濕度與溫度范圍（設(shè)備內(nèi)部環(huán)境需要測量）。

基板溫度稍高，對車間環(huán)境的要求就相對較低。

露點試驗（達(dá)因值）

當(dāng)濕度增加（＞50% RH），基板表面溫度在接近露點溫度的4～5 ℃范圍內(nèi)，所有的基板表面都有潤濕不良。我們設(shè)計了一個室內(nèi)相對濕度水平43% RH的試驗，基本上遠(yuǎn)低于實際測量的車間最壞情況（60%～65% RH），濕度對工藝過程的影響是很普遍的。我們進(jìn)行了測試，將一塊清潔基板置于車間的冰箱內(nèi)半小時，直到冷卻到低濕度車間所需的露點溫度，用達(dá)因筆測試時，達(dá)因值已經(jīng)從＞40達(dá)因降至37達(dá)因，這足以說明濕度對工藝過程的影響，在高濕度和室溫下影響會更大，達(dá)因值肯定會更急劇地下降。
編輯：hfy