一、電子元器件工藝選型目的

電子元器件是電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)部件，是電子產(chǎn)品能夠完成預(yù)定功能且不能再分割的電路基本單元。由于電子元器件的數(shù)量、品種眾多，因此它們的性能、可靠性等參數(shù)對(duì)整個(gè)電子產(chǎn)品的系統(tǒng)性能、可靠性、壽命周期等技術(shù)指標(biāo)的影響極大。

國(guó)內(nèi)外失效分析資料表明，有近一半的元器件失效并非由于元器件的固有可靠性不高，而是由使用者對(duì)元器件的選擇不當(dāng)或使用有誤造成的。因此，為了保證電子產(chǎn)品的可靠性，必須對(duì)電子元器件的選擇和應(yīng)用加以嚴(yán)格控制。正確、有效地選擇和使用電子元器件是提高電子產(chǎn)品可靠性的一項(xiàng)重要工作。

在電子元器件的選擇過(guò)程中，除基本的電氣參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足電路設(shè)計(jì)要求外，元器件的組裝特性也會(huì)直接影響電子產(chǎn)品（以下簡(jiǎn)稱(chēng)產(chǎn)品）組裝的工藝性。因此，設(shè)計(jì)人員選用元器件時(shí)，除電氣參數(shù)外，還應(yīng)考慮元器件的安裝形式、引線(xiàn)的可焊性、元器件的耐熱能力、表面鍍層的耐清洗能力及元器件的可獲得性、經(jīng)濟(jì)性等要素，這些選用要素通常稱(chēng)為工藝性要素。

電子元器件工藝選型目的就是：從電子元器件工藝性要素角度出發(fā)，對(duì)元器件進(jìn)行選擇，確保所選用的元器件滿(mǎn)足所采用的工藝制程，避免DFM問(wèn)題或質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)。

二、電子元器件工藝選型原則

電子元器件選型應(yīng)考慮的要素很多，其中工藝性要素包括元器件包裝、元器件外觀(guān)、引腳鍍層、組裝工藝、可焊性及耐熱性等。

工藝選型時(shí)一般應(yīng)遵循以下原則。

（1）基本原則

① 普遍性原則：所選的元器件應(yīng)是被廣泛使用驗(yàn)證過(guò)的，盡量少使用冷門(mén)、偏門(mén)元器件，減小開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

② 高性?xún)r(jià)比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價(jià)格比較低的元器件，降低成本。

③ 采購(gòu)方便原則：盡量選擇容易買(mǎi)到、供貨周期短的元器件。

④ 持續(xù)發(fā)展原則：盡量選擇在可預(yù)見(jiàn)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)停產(chǎn)的元器件，禁止選用停產(chǎn)的元器件，優(yōu)選生命周期處于成長(zhǎng)期、成熟期的元器件。

⑤ 可替代原則：盡量選擇功能和引腳兼容芯片品牌比較多的元器件。

⑥ 向上兼容原則：盡量選擇以前老產(chǎn)品用過(guò)的元器件。

⑦ 資源節(jié)約原則：盡量充分利用元器件的全部功能和引腳。

⑧ 降額設(shè)計(jì)原則：對(duì)于需要降額設(shè)計(jì)的元器件，盡量進(jìn)行降額選型，參考標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)GJB/Z 35—1993《元器件降額準(zhǔn)則》。

⑨ 歸一化原則：在不影響功能、可靠性的前提下，盡量壓縮元器件的品種和供應(yīng)商。

（2）便于生產(chǎn)原則

① 在滿(mǎn)足產(chǎn)品功能和性能的條件下，盡量選擇表面貼裝型元器件，盡量選擇間距寬和封裝復(fù)雜度低的型號(hào)，以降低生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)效率。

② 優(yōu)先選用密封真空包裝的型號(hào)，MSL（潮濕敏感度等級(jí)）大于2級(jí)（含）的，必須使用密封真空包裝。

③ 優(yōu)先選用卷帶包裝、托盤(pán)包裝的型號(hào)。如果是潮濕敏感等級(jí)為二級(jí)或以上的元器件，則要求盤(pán)狀塑料編帶包裝，盤(pán)狀塑料編帶必須能夠承受125℃的高溫。

④ 使用的材料要求滿(mǎn)足抗靜電、阻燃、防銹蝕、抗氧化等要求。

（3）可靠性原則

① 優(yōu)選質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高的標(biāo)準(zhǔn)元器件，不允許選用已淘汰和禁用的元器件。未經(jīng)設(shè)計(jì)定型的元器件不能在可靠性要求高的軍工產(chǎn)品中正式使用。

② 對(duì)于航天產(chǎn)品，應(yīng)盡可能選用制造工藝成熟的元器件，當(dāng)采用新品元器件時(shí)，應(yīng)按規(guī)定在系列型譜或軍用電子元器件新品指南范圍中選擇。

③ 新品元器件必須經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)定型，方能用于航天型號(hào)試（正）樣（S或Z）階段的產(chǎn)品上。對(duì)于新選用的新品元器件，在簽訂技術(shù)協(xié)議時(shí)，要做好技術(shù)交底，注意選擇新品研制執(zhí)行的總規(guī)范、明確相關(guān)的質(zhì)量及可靠性要求。

④ 航天產(chǎn)品中，禁止使用材料及工藝存在固有缺陷的元器件，如鍺半導(dǎo)體器件、塑料半導(dǎo)體器件、點(diǎn)接觸二極管、半密封液體鉭電容器、0.5W（含0.5W）以下的空芯RJ電阻器等。在彈（箭）上、星上盡量減少鋁電解電容器等特殊結(jié)構(gòu)的元器件。

⑤ 元器件的質(zhì)量等級(jí)包括質(zhì)量保證等級(jí)和失效等級(jí)。選型時(shí)應(yīng)根據(jù)整機(jī)的可靠性要求和元器件保證大綱要求，選擇元器件的質(zhì)量保證等級(jí)，在保證整機(jī)可靠性的前提下，同時(shí)滿(mǎn)足整機(jī)經(jīng)濟(jì)性的要求。

⑥ 對(duì)于某些繼承和凍結(jié)技術(shù)狀態(tài)的軍工及航天產(chǎn)品，不能由于凍結(jié)技術(shù)狀態(tài)而長(zhǎng)期使用技術(shù)落后、質(zhì)量保證等級(jí)低甚至存在可靠性隱患的元器件。應(yīng)在充分驗(yàn)證的前提下，積極選用技術(shù)先進(jìn)、高可靠的元器件替代技術(shù)落后、質(zhì)量保證等級(jí)低的元器件。

三、電子元器件工藝選型要求

目前，普遍使用的電子元器件從結(jié)構(gòu)上可以分為有引線(xiàn)電子元器件和無(wú)引線(xiàn)電子元器件兩種，安裝方式多為表面。貼裝、通孔插裝、壓接安裝、螺紋連接和膠接。選用元器件時(shí)，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮元器件的裝聯(lián)方式、布局密度、組裝廠(chǎng)的工藝和設(shè)備、元器件的可測(cè)試性、可更換性、可獲得性、電磁兼容性等。此外，元器件本身的封裝特點(diǎn)，包括引線(xiàn)間距、引線(xiàn)可焊性、耐受溫度和壓力的能力等也是工藝選型時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的因素。

3.1尺寸要求

元器件的尺寸要求與所選用的安裝方式和工藝能力有關(guān)，同樣的元器件尺寸，在不同安裝方式與工藝能力下的可接受標(biāo)準(zhǔn)可能差距很大。

元器件尺寸的工藝選型要求主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）設(shè)備能力對(duì)尺寸的要求

應(yīng)盡量考慮選用與組裝廠(chǎng)的工藝和設(shè)備相適應(yīng)的元器件。

（2）尺寸的公差要求

元器件必須在規(guī)格書(shū)中注明引腳中心距、引腳直徑（包括方形引腳的倒角直徑）、封裝體外形等尺寸的公差并符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）共面度的尺寸要求

元器件焊接面（焊盤(pán)/引腳/錫珠）的共面度要求如表1所示。

表1 元器件焊接面（焊盤(pán)/引腳/錫珠）的共面度要求

注：無(wú)引線(xiàn)陶瓷芯片載體封裝（LCCC）共面度指的是底面和焊端的共面度。

表面貼裝連接器引腳形式是“Solder Ball”和“Solder Charge”時(shí)只可接受0.12mm的共面度。

對(duì)于采用焊料球或焊料柱作為引腳的柵格陣列元器件，根據(jù)其是否熔化，共面度要求略有不同，主要是因?yàn)楹附舆^(guò)程中，熔化的焊料球會(huì)發(fā)生沉降，在一定程度上可以彌補(bǔ)共面性缺陷。BGA共面度要求如表2所示。

表2 BGA共面度要求

（4）組裝工藝對(duì)尺寸的要求

元器件的尺寸精度、引線(xiàn)間距、與安裝孔/焊盤(pán)的匹配性對(duì)組裝工藝的影響很大，因此為提高產(chǎn)品的可制造性和焊接質(zhì)量，應(yīng)對(duì)元器件尺寸嚴(yán)格把控。

① SMT制程對(duì)元器件尺寸的要求：目前貼片機(jī)的工藝能力，原則上基本可以滿(mǎn)足01005級(jí)別元器件焊接，但實(shí)際選用時(shí)，還應(yīng)考慮良品率的限制。

對(duì)于元器件的引腳間距選擇，SMT制程元器件選用工藝要求建議參照表3執(zhí)行。

表3 SMT制程元器件選用工藝要求

② 手工焊接工藝對(duì)元器件尺寸的要求：手工焊接相比設(shè)備焊接，操作的一致性較差，對(duì)人的依賴(lài)較高，不同技術(shù)能力的操作者對(duì)元器件選用的可接受性差異也較大，應(yīng)根據(jù)大多數(shù)人的平均能力情況進(jìn)行考慮。

手工焊接元器件選用工藝要求如表4所示，該表給出了手工焊接中存在一些組裝問(wèn)題，以及為解決這些問(wèn)題而對(duì)元器件選型提出的特殊要求。

表4 手工焊接元器件選用工藝要求

3.2 可焊性鍍層要求

1．鍍層選型的目的

焊接，就是用加熱的方式使兩件金屬物體結(jié)合起來(lái)。如果在焊接的過(guò)程中需要熔入第三種物質(zhì)，則稱(chēng)為“釬焊”，所熔入的第三種物質(zhì)稱(chēng)為“焊料”。電子產(chǎn)品組裝中的“焊接”通常采用“軟釬焊”，即用錫、鉛等低熔點(diǎn)合金作為釬焊的焊料，因此俗稱(chēng)“錫焊”。

從物理學(xué)的角度來(lái)看，焊接是一個(gè)“擴(kuò)散”的過(guò)程，是一個(gè)在高溫下兩個(gè)或兩個(gè)以上物體表面分子相互滲透的過(guò)程。錫焊，就是讓熔化的焊料滲透到兩個(gè)被焊物體（如元器件引腳與印制電路板焊盤(pán)）的表面分子中，然后冷凝而使之結(jié)合。

從焊接機(jī)理可以看出，要獲得良好的焊接效果，需要具備以下五個(gè)基本條件。

① 被焊金屬材料必須具有可焊性；

② 被焊金屬表面應(yīng)潔凈；

③ 正確選用助焊劑；

④ 正確選用焊料；

⑤ 控制好焊接溫度和時(shí)間。

在上述五個(gè)基本條件中，后四個(gè)條件可以通過(guò)優(yōu)化工藝予以滿(mǎn)足，而可焊性作為金屬材料的固有屬性一經(jīng)選定就被認(rèn)為是不可改變的，因此，為獲得良好的焊接效果，在元器件選型時(shí)，要注意鍍層的選用。

可焊性在IPC標(biāo)準(zhǔn)中的定義是“金屬被焊料潤(rùn)濕的能力”。而潤(rùn)濕的廣義定義為：在基材上形成一層相對(duì)均勻、平滑、連續(xù)附著的焊料薄膜。這種潤(rùn)濕是通過(guò)在規(guī)定的助焊劑和溫度條件下，測(cè)定熔融焊料在其上的實(shí)際潤(rùn)濕面積和潤(rùn)濕的最小時(shí)間來(lái)評(píng)估的。圖1為焊料在母材上潤(rùn)濕情況示意圖，潤(rùn)濕程度可以大致分為潤(rùn)濕良好、部分潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕三種情況，如圖1所示。

圖1 焊料在母材上潤(rùn)濕情況示意圖

可焊性的評(píng)估主要看以下三個(gè)方面的內(nèi)容。

① 熔融焊料對(duì)基體金屬的潤(rùn)濕性；

② 焊料和基體金屬的結(jié)合性；

③ 結(jié)合部位的可靠性。

對(duì)可焊性的測(cè)試，國(guó)際上各大標(biāo)準(zhǔn)組織如IEC、IPC、DIN、JIS等推薦了各種方法，但是從試驗(yàn)的重復(fù)性和結(jié)果的易于解讀性來(lái)衡量，潤(rùn)濕平衡法（Wetting Balance）是目前公認(rèn)的進(jìn)行定性和定量分析的可焊性測(cè)試方法。

潤(rùn)濕平衡法又叫表面張力法，是利用專(zhuān)用測(cè)量裝置將試件從一垂直安裝的高靈敏度的力學(xué)傳感器上懸吊下來(lái)，以規(guī)定的速度浸漬到規(guī)定溫度的熔融焊料槽中，當(dāng)試件底部的焊端浸漬至規(guī)定的深度時(shí)，作用于試件上的浮力和表面張力在垂直方向上的合力即為潤(rùn)濕力，使用該潤(rùn)濕力與時(shí)間的關(guān)系來(lái)定量表征試件的可焊性。潤(rùn)濕平衡法測(cè)量裝置示意圖如圖2所示。

圖2 潤(rùn)濕平衡法測(cè)量裝置示意圖

通過(guò)可焊性測(cè)試，可以定量地評(píng)估電子元器件鍍層的可焊性，大幅消除焊接缺陷，保證焊接可靠性，降低產(chǎn)品的返修率，提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量?？梢?jiàn)，對(duì)于元器件焊接而言，引腳的可焊性與焊接的可靠性之間有著密切的關(guān)系，只有選用具有良好可焊性鍍層引腳的元器件，才能在合適的焊料、助焊劑、焊接條件下獲得可靠的焊接。因此，對(duì)電子元器件的可焊性鍍層進(jìn)行工藝選型十分必要。

2．電子元器件常用可焊性鍍層介紹

焊接過(guò)程是熔化的焊料和被焊接基體金屬結(jié)晶組織之間通過(guò)合金反應(yīng)，將金屬和金屬結(jié)合在一起的過(guò)程。許多單金屬或合金均可以和SnPb、SnAgCu等發(fā)生冶金反應(yīng)生成IMC，從理論上講，它們均可以作為元器件引腳的可焊性鍍層。

實(shí)際應(yīng)用中，可焊性鍍層可分為以下三類(lèi)。

① 可熔鍍層：焊接過(guò)程中，鍍層金屬熔化，如純Sn鍍層或SnPb、SnAgCu、SnCu、SnBi等Sn基鍍層等。

② 可溶鍍層：焊接過(guò)程中，鍍層金屬不熔化，但金屬鍍層可以溶解于焊料合金中，如Au、Ag、Cu、Pd等。

③ 不熔也不溶解鍍層：焊接過(guò)程中，鍍層既不熔化也不溶解于焊料中，如Ni、Fe、Sn-Ni等鍍層。

表5 電子元器件引腳常用的鍍層類(lèi)型及特點(diǎn)

3．可焊性鍍層選用要求

（1）鍍層外觀(guān)要求

要求引腳表面鍍層外觀(guān)清潔，鍍層覆蓋均勻飽滿(mǎn)，無(wú)任何可見(jiàn)污染物和銹蝕、裂紋、露底、黑斑、針孔、劃痕、燒焦、剝落、變色等缺陷。

（2）鍍層的材料及厚度要求

元器件供應(yīng)商應(yīng)提供元器件引腳/端子表面鍍層說(shuō)明和相關(guān)測(cè)試報(bào)告。

有鉛元器件鍍層要求如表6所示。

表6 有鉛元器件鍍層要求

注：Ag焊料一般不推薦使用，如果必須選用，則應(yīng)采用真空包裝，且使用含銀焊料；AgPt在貼片電阻、電容元器件中禁止使用。

無(wú)鉛元器件鍍層要求如表7所示。

表7無(wú)鉛元器件鍍層要求

（3）可焊性要求

通孔插裝元器件，其引出端的可焊性應(yīng)符合GB 2423.28和GB 2423.32要求。表面貼裝元器件的引線(xiàn)或電極的可焊性鍍層如果為SnPb合金，其鍍層厚度為5～7μm，鍍層中錫含量應(yīng)在60%～63%，片式元器件電極表面上的缺陷面積應(yīng)小于電極總面積的5%。

3.3 耐熱性能要求

1．溫度對(duì)電子元器件的影響

數(shù)據(jù)表明，電子元器件的故障率隨溫度的升高呈指數(shù)增加，而電子產(chǎn)品的工作性能和可靠性則與溫度的變化成反比。為了提高電子產(chǎn)品的可靠性，合理的熱設(shè)計(jì)是必不可少的。在合理的熱設(shè)計(jì)中，除散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，選用耐熱性能良好的電子元器件也是十分關(guān)鍵的。電子元器件的耐熱性能包括耐工作溫度和耐焊接溫度兩個(gè)方面。

① 溫度對(duì)真空元器件的影響。

過(guò)高的溫度對(duì)真空元器件玻璃殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均有不良的影響。溫度過(guò)高會(huì)使玻璃殼因熱應(yīng)力而損壞，同時(shí)也能使管內(nèi)的氣體電離，電離后的離子將轟擊陰極，破壞其鍍層，導(dǎo)致發(fā)射率下降，加速老化，縮短其工作壽命。因此，真空元器件的玻璃殼溫度不得超過(guò)150～200℃。

② 溫度對(duì)功率器件的影響。

功率器件的結(jié)溫是由功率器件的耗散功率、環(huán)境溫度及散熱情況決定的，而功率器件結(jié)溫對(duì)其工作參數(shù)及可靠性有很大的影響：

●功率器件的電流放大倍數(shù)隨結(jié)溫的升高而增大，這將引起工作點(diǎn)的漂移，增益不穩(wěn)定，可能造成多級(jí)放大器自激或振蕩器頻率不穩(wěn)定等不良后果。

●當(dāng)功率器件的結(jié)溫升高時(shí)，會(huì)使穿透電流和電流放大倍數(shù)迅速增加，集電極電流的增大促使結(jié)溫進(jìn)一步升高，而結(jié)溫升高又使電流進(jìn)一步增大，最終導(dǎo)致元器件被“熱擊穿”。為了防止熱擊穿，功率器件的結(jié)溫不宜過(guò)高。

③ 溫度對(duì)電阻的影響。

溫度的升高會(huì)導(dǎo)致電阻的使用功率下降。如RTX型碳膜電阻，當(dāng)環(huán)境溫度由40℃增至100℃時(shí)，允許使用的實(shí)際功率將降為標(biāo)稱(chēng)值的20%；又如RJ-0.125W金屬電阻，當(dāng)環(huán)境溫度由70℃增至125℃時(shí)，允許使用功率為標(biāo)稱(chēng)值的20%。

此外，溫度的變化對(duì)阻值大小有一定的影響，溫度每升高或降低10℃，電阻大約要變化1%。

④ 溫度對(duì)電容器的影響。

溫度對(duì)電容器的影響主要體現(xiàn)為降低其使用時(shí)間。通常認(rèn)為，當(dāng)在超過(guò)規(guī)定使用溫度下工作時(shí)，每提高10℃，使用時(shí)間就要減少一半。此外，溫度的變化也會(huì)引起電容、功率因素等參數(shù)的變化。因此，對(duì)各種電容器的允許工作溫度也進(jìn)行了規(guī)定。

⑤ 溫度對(duì)電感類(lèi)器件（變壓器、扼流圈）的影響。

溫度對(duì)變壓器、扼流圈等元器件的影響：除減少其使用時(shí)間外，還會(huì)使材料的絕緣性能下降。一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于90℃。

2．電子元器件工作溫度的選用要求

對(duì)于元器件的工作溫度選擇，一般只需根據(jù)產(chǎn)品本身特點(diǎn)確定元器件的質(zhì)量等級(jí)即可。不同質(zhì)量等級(jí)的電子元器件的工作溫度范圍是：

① 商業(yè)級(jí)元器件的工作溫度范圍是0～+70℃。

② 工業(yè)級(jí)元器件的工作溫度范圍是?40～+85℃。

③ 軍品級(jí)元器件的工作溫度范圍是?55～+150℃。

④ 汽車(chē)工業(yè)級(jí)元器件的工作溫度范圍是?40～+125℃。

3．電子元器件耐焊接溫度的選用要求

（1）焊接工藝對(duì)元器件耐溫的要求

電子元器件的耐熱性能還包括耐焊接溫度。而對(duì)于元器件耐焊接溫度的要求，則需根據(jù)產(chǎn)品的組裝工藝來(lái)確定，因?yàn)椴煌暮附庸に噷?duì)元器件的耐熱能力要求是不同的。

不同焊接工藝對(duì)元器件的耐熱能力要求如下：

① 熱風(fēng)回流焊工藝：要求能在215～230℃溫度下，承受至少10個(gè)焊接周期的加熱。

② 波峰焊工藝：要求能在260℃溫度下持續(xù)10s。

③ 氣相焊工藝：要求能在215℃下溫度持續(xù)60s。

④ 紅外回流焊工藝：要求能在230℃溫度下持續(xù)20s。

因此在選用元器件時(shí)，應(yīng)遵循與生產(chǎn)單位焊接設(shè)備相適應(yīng)的原則。

（2）元器件封裝及內(nèi)部連接工藝要求

元器件耐高溫性能，除與封裝材料有關(guān)外，還與其內(nèi)部連接方式有關(guān)。IC的內(nèi)部連接方法有金絲球焊、超聲壓焊，還有倒裝焊等方法，特別是BGA、CSP和組合式復(fù)合元器件、模塊等新型元器件，其內(nèi)部連接用材料通常采用表面組裝用的相同焊料，連接工藝也是回流焊工藝，因此也要符合回流焊鉛焊接的要求。

（3）組裝工藝對(duì)元器件的特殊耐溫要求

在電子元器件選用過(guò)程中，由于工藝制程原因，對(duì)元器件有特殊溫度要求時(shí)，工藝人員應(yīng)在選型之初提前與廠(chǎng)家溝通，達(dá)成一致意見(jiàn)，并將協(xié)商結(jié)果加入規(guī)格書(shū)。

設(shè)備焊接條件對(duì)元器件的耐溫要求如表8所示。

表8 設(shè)備焊接條件對(duì)元器件的耐溫要求

注：

? 數(shù)據(jù)來(lái)源：IPC/JEDEC J-STD-020D；

? 所有封裝元器件能承受5次焊接者為優(yōu)選元器件；

? 所有支持波峰焊接的元器件必須能支持2次正常波峰焊接；

? 所有支持回流焊接的元器件必須能支持3次正常波峰焊接；

? 元器件支持手工返修的能力為：350℃，持續(xù)5s。

手工焊接對(duì)元器件的耐溫要求如表9所示（僅供參考）。

表9 手工焊接對(duì)元器件的耐溫要求

注：實(shí)際焊接過(guò)程中，由于焊盤(pán)設(shè)計(jì)和印制板散熱情況的不同，參數(shù)略有調(diào)整。

3.4 耐潮濕性能要求

1．濕度對(duì)電子元器件的危害

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年有1/4以上的工業(yè)制造不良品與潮濕的危害有關(guān)。對(duì)于電子工業(yè)，潮濕的危害已經(jīng)成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素之一。電子元器件看起來(lái)是密封和防潮的，但實(shí)際情況恰恰相反，隨著時(shí)間的推移，元器件會(huì)不斷吸收空氣中的潮氣，吸潮程度與構(gòu)成元器件的材料成分和制造工藝、運(yùn)輸及使用條件密切相關(guān)。大氣中的水分會(huì)通過(guò)擴(kuò)散滲透到濕度敏感元器件的封裝材料內(nèi)部。

在組裝過(guò)程中，元器件將經(jīng)歷溫度迅速變化的過(guò)程。以回流焊為例，在回流區(qū)，整個(gè)元器件要在183℃以上持續(xù)60～90s，最高溫度可能在210～235℃（SnPb共晶）。無(wú)鉛焊接的峰值會(huì)更高（245℃左右），在高溫作用下，元器件內(nèi)部的水分會(huì)快速轉(zhuǎn)變?yōu)闊嵴羝?，氣壓的突變將?dǎo)致封裝體快速膨脹，膨脹的程度與封裝材料成分、實(shí)際吸收的濕氣量、加熱溫度、加熱速度及封裝體厚度等因素有關(guān)。當(dāng)膨脹壓力引起的變形達(dá)到一定程度后，構(gòu)成元器件的不同材料之間的配合會(huì)失去調(diào)節(jié)，各種連接會(huì)產(chǎn)生不良變化，進(jìn)而導(dǎo)致元器件剝離分層或爆裂（通常稱(chēng)作“爆米花”現(xiàn)象），元器件的電氣性能受到影響或破壞。

與靜電敏感器件ESD的失效一樣，大多數(shù)情況下，對(duì)于濕度敏感元器件MSD的失效，通過(guò)肉眼是很難察覺(jué)的，有時(shí)甚至在測(cè)試過(guò)程中也不能完全發(fā)現(xiàn)。這種失效會(huì)作為可靠性隱患長(zhǎng)期存在于電子產(chǎn)品中，一旦遇到外部條件變化，隨時(shí)可能爆發(fā)。事實(shí)上，濕度因素對(duì)電子組裝生產(chǎn)直通率和產(chǎn)品可靠性的影響不亞于靜電因素和溫度因素。

為減小潮濕影響，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和存儲(chǔ)環(huán)境濕度都應(yīng)該在40%以下，有些品種還要求濕度更低。

表10給出了不同階段，潮濕對(duì)不同類(lèi)型元器件的影響（推薦）。

表10 潮濕對(duì)不同類(lèi)型元器件的影響（推薦）

2．濕度敏感元器件的概念和分級(jí)

濕度敏感元器件（MSD）是指因吸收空中的水汽而導(dǎo)致功能喪失或可靠性降低的元器件。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，MSD主要指非氣密性（Non-Hermetic）SMD器件，包括塑料封裝器件、其他透水性聚合物封裝（環(huán)氧、有機(jī)硅樹(shù)脂等）器件。一般IC、芯片、電解電容、LED等都屬于非氣密性SMD器件。

J-STD-020給出了元器件潮濕敏感等級(jí)（Moisture Sensitivity Level，MSL）劃分，IPC-M190J-STD-033則針對(duì)潮濕敏感元器件（MSD）問(wèn)題提出了傳輸、包裝、運(yùn)送及應(yīng)用方面的建議和要求。元器件濕度敏感等級(jí)如表11所示。

表11 元器件濕度敏感等級(jí)

表11中部分名詞含義：

① MBB：Moisture Barrier Bag，即防潮真空包裝袋，該袋同時(shí)要考慮ESD保護(hù)。

② HIC：Humidity Indicator Card，即濕度顯示卡，顯示包裝袋內(nèi)的潮濕程度，一般有若干圓圈，分別代表相對(duì)濕度10%、20%、30%等，各圓圈內(nèi)原色為藍(lán)色，當(dāng)某圓圈內(nèi)由藍(lán)色變?yōu)樽霞t色時(shí)，則表明袋內(nèi)已達(dá)到該圓圈對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度；當(dāng)某圓圈內(nèi)再由紫紅色完全變?yōu)榈t色時(shí)，則表明袋內(nèi)已超過(guò)該圓圈對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度。若濕度顯示超過(guò)30%，即30%的圓圈內(nèi)HIC卡顏色完全變成了淡紅色，表明生產(chǎn)前需要進(jìn)行烘烤。

③ 警告標(biāo)簽：Warning Label，即防潮包裝袋外的含MSIL（Moisture Sensitive Identification Label）符號(hào)、芯片的潮濕敏感等級(jí)（或含密封存儲(chǔ)條件和拆封后存放最長(zhǎng)時(shí)間及受潮后烘烤條件）和包裝袋本身密封日期的標(biāo)簽。若標(biāo)簽上沒(méi)有注明濕度敏感等級(jí)，可以參考條形碼上的說(shuō)明。

對(duì)于濕度敏感等級(jí)為2a～5a的元器件，在一盤(pán)原包裝需拆開(kāi)部分使用時(shí)，剩余材料必須立即做真空包裝，并貼上時(shí)間控制標(biāo)簽；打開(kāi)包裝后的元器件，應(yīng)根據(jù)濕度敏感等級(jí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成焊接，若打開(kāi)包裝的元器件累計(jì)暴露時(shí)間超規(guī)定時(shí)間未使用，需對(duì)元器件進(jìn)行烘烤，之后才能再使用。

SMT濕度敏感元器件烘烤條件對(duì)照表如表12所示。

表12 SMT濕度敏感元器件烘烤條件對(duì)照表

3．濕度敏感元器件的選用要求

濕度敏感元器件（MSD）對(duì)SMT生產(chǎn)直通率和產(chǎn)品可靠性的影響不亞于ESD，做好濕度敏感元器件的工藝選型，對(duì)于提高電子產(chǎn)品的良品率、提高產(chǎn)品的可靠性具有重要作用。

濕度敏感元器件工藝選型的一般原則是：

① 優(yōu)選防潮等級(jí)≤4級(jí)的物料。

② 對(duì)于等級(jí)為5級(jí)、5a級(jí)和6級(jí)的物料的選用要嚴(yán)格限制，在工藝能力不能支持的情況下，禁止選用5級(jí)以上的防潮物料。

除了工藝選型的一般原則，還應(yīng)考慮物料狀態(tài)對(duì)濕度敏感等級(jí)和處理要求的影響，例如：

① 與IC托盤(pán)封裝相比，卷帶封裝可以延長(zhǎng)元器件的暴露時(shí)間，相當(dāng)于提升了1或2個(gè)等級(jí)。

② 無(wú)鉛焊接的高溫環(huán)境則會(huì)使MSD的濕度敏感性至少下降1或2個(gè)等級(jí)。

③ 此外，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)線(xiàn)的頻繁切換會(huì)使許多已經(jīng)裝到貼片機(jī)上的元器件不得不拆下來(lái)。這就意味著，大量沒(méi)有用完的托盤(pán)元器件和卷帶器件暫時(shí)需要儲(chǔ)存起來(lái)以備后用。這些封裝在托盤(pán)和卷帶里的沒(méi)有用完的濕度敏感元器件，很可能在重返生產(chǎn)線(xiàn)并進(jìn)行最后的焊接以前，超過(guò)了其最大濕度容量。

3.5 防靜電性能要求

1．靜電對(duì)電子元器件的危害

靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會(huì)產(chǎn)生放電電流。這三種特性會(huì)對(duì)電子元器件產(chǎn)生四種影響：

① 靜電吸附灰塵、改變線(xiàn)路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命。

② 靜電放電（Electro Static Discharge，ESD）破壞，造成電子元器件損傷（或完全破壞；或仍能工作，壽命受損）。

③ 靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度很大（達(dá)到幾百V/m）、頻譜極寬（從幾兆Hz到幾千兆Hz），對(duì)電子產(chǎn)品造成干擾甚至損壞（電磁干擾）。

④ 靜電放電時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)或電流發(fā)出的熱量也會(huì)使元器件受傷（潛在損傷）。

其中，ESD是指帶電體周?chē)膱?chǎng)強(qiáng)超過(guò)周?chē)橘|(zhì)的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，因介質(zhì)產(chǎn)生電離而使帶電體上的靜電荷部分或全部消失的現(xiàn)象。靜電放電是高電位、強(qiáng)電場(chǎng)、瞬時(shí)大電流的過(guò)程，與此同時(shí)，靜電放電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，形成電磁脈沖。ESD是引發(fā)電子元器件失效的主要因素。

隨著集成電路、MOS電路和表面貼裝元器件（SMD）的廣泛應(yīng)用和工藝技術(shù)的發(fā)展，元器件對(duì)靜電放電的敏感性增加。雖然靜電放電的能量對(duì)分立元器件的影響較小，但是對(duì)MOS器件的損害是致命性的。除致使元器件失效外，它產(chǎn)生的靜電場(chǎng)會(huì)造成元器件的“軟擊穿”，從而給電子產(chǎn)品造成隱患或潛在的故障，直接影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性。

靜電放電可造成靜電敏感元器件的功能失效和參數(shù)退化。失效的主要機(jī)理有熱二次擊穿、金屬鍍層融熔、介質(zhì)擊穿、氣弧放電、表面擊穿、體擊穿等。靜電對(duì)元器件造成的

損傷可能是永久性的，也可能是暫時(shí)性的；既可能是突發(fā)失效，也可能是潛在失效。如果元器件徹底失效，在生產(chǎn)及品質(zhì)管理中能夠及時(shí)察覺(jué)并排除，則影響較小，而如果元器件只是輕微受損，在正常測(cè)試下則不易發(fā)現(xiàn)。另外，在運(yùn)輸途中，摩擦、碰撞、接觸帶有靜電的物體也會(huì)產(chǎn)生靜電，從而導(dǎo)致元器件受損，這種潛在的和突發(fā)的失效更難預(yù)防，其損失亦難以預(yù)測(cè)。

靜電失效對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性影響十分普遍，電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)與使用過(guò)程中必須做好靜電防護(hù)措施。對(duì)電子元器件的選用也要考慮防靜電要求。

2．靜電敏感元器件的概念和分級(jí)

靜電敏感元器件（Static Sensitive Devices，SSD）是對(duì)容易因靜電放電而引起損傷的元器件的統(tǒng)稱(chēng)。為避免物料因不正當(dāng)操作而導(dǎo)致靜電損壞，需要在來(lái)料驗(yàn)收、儲(chǔ)存、配送、預(yù)加工、焊接、組裝過(guò)程中采用靜電防護(hù)措施。

靜電敏感等級(jí)分級(jí)如表13所示。

表13 靜電敏感等級(jí)分級(jí)

注：靜電敏感度≥16000V以上的元器件、組件被認(rèn)為是非靜電敏感產(chǎn)品。

常見(jiàn)靜電敏感元器件的靜電敏感等級(jí)分級(jí)，如表14所示。

表14 常見(jiàn)靜電敏感元器件的靜電敏感等級(jí)分級(jí)

3．靜電敏感元器件選用要求

靜電敏感元器件的選用與產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要及工藝制程能力有關(guān)，不同制造單位對(duì)靜電的控制能力不同，對(duì)電子元器件的靜電敏感等級(jí)要求也不同。

① 一般情況下，選用元器件時(shí)，優(yōu)選元器件靜電敏感度等級(jí)在HBM Class 1B（500～1000 V）及以上級(jí)。

② 不推薦選用靜電敏感度HBM Class 1A（250～500 V）的靜電敏感元器件。

③ 限制選用靜電敏感度HBM Class 0（0～250 V）的靜電敏感元器件。

值得注意的是：對(duì)于所有靜電敏感元器件的使用，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中均應(yīng)提供ESD保護(hù)，其中單板組件的靜電防護(hù)能力應(yīng)＞2000V，整機(jī)產(chǎn)品的靜電防護(hù)能力應(yīng)＞4000 V。具體要求見(jiàn)《GJB 1649電子產(chǎn)品防靜電放電控制大綱》。

3.6 元器件包裝要求

1．貼片元器件的包裝要求

（1）一般片式阻容類(lèi)元器件

優(yōu)選編帶包裝元器件，可選托盤(pán)包裝元器件，不推薦選用管裝和散裝元器件。

（2）IC芯片類(lèi)元器件

優(yōu)選編帶包裝元器件，可選托盤(pán)包裝元器件，不推薦選用管裝和散裝元器件。

（3）存儲(chǔ)器類(lèi)IC元器件

優(yōu)選托盤(pán)包裝元器件，不推薦管裝和編帶包裝元器件。

（4）軍品航天散料

片式表面貼裝元器件應(yīng)放入防靜電袋中，IC芯片應(yīng)放入獨(dú)立的托盤(pán)或?qū)Ｓ玫膸в袦p振防護(hù)功能的防靜電盒中。

（5）覆蓋帶

① 應(yīng)確保其密封良好，覆蓋帶不能存在任何空洞和裂紋。

② 覆蓋帶應(yīng)居于卷帶中央位置，不能發(fā)生明顯移位，嚴(yán)禁覆蓋帶因?yàn)槲恢闷苹虺叽邕^(guò)大而遮住圓形齒輪孔的任何部分。

③ 覆蓋帶應(yīng)保證自身具有足夠的抗拉強(qiáng)度，對(duì)于8mm卷帶寬度的覆蓋帶，抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于700g，對(duì)于12～32mm卷帶寬度的覆蓋帶，抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于1000g，對(duì)于44mm卷帶寬度的覆蓋帶，抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于1300g。

④ 覆蓋帶與卷帶應(yīng)保持合適的剝離強(qiáng)度，任何情況下覆蓋帶與卷帶的最小剝離力不能小于10g，以保證在正常的運(yùn)輸、存儲(chǔ)及生產(chǎn)過(guò)程中元器件不會(huì)脫離卷帶。

（6）卷帶

① 對(duì)于8mm的卷帶，最大剝離力應(yīng)小于100g，對(duì)于12～56mm的卷帶，最大剝離力應(yīng)小于130g，對(duì)于72mm及以上的卷帶，最大剝離力應(yīng)小于150g。

② 對(duì)于卷帶，圓形齒輪孔必須位于進(jìn)料方向的左邊且不能存在錯(cuò)位。

③ 腔體與元器件之間應(yīng)保證合適的間隙，不能因腔體過(guò)小導(dǎo)致取料困難，也不能因腔

體過(guò)大導(dǎo)致元器件位置偏移過(guò)大或?qū)е略骷D(zhuǎn)。

④ 腔體應(yīng)具有足夠強(qiáng)度，以保證在運(yùn)輸、存儲(chǔ)和生產(chǎn)過(guò)程中不發(fā)生變形和破裂，進(jìn)而避免元器件引腳變形和損傷。

⑤ 圓形齒輪孔尺寸的詳細(xì)要求見(jiàn)EIA-418-C中的相關(guān)規(guī)定，腔體與元器件間間隙的要求為：8～12mm（0.5mm）；16～200mm（1mm）。

（7）其他要求

① 覆蓋帶、載帶應(yīng)保證干凈整潔、無(wú)污染、無(wú)紙屑等多余物。

② 包裝標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰可見(jiàn)，規(guī)格書(shū)中必須注明存儲(chǔ)條件和存儲(chǔ)時(shí)間。

③ 溫度敏感、濕度敏感、靜電敏感元器件應(yīng)注明等級(jí)和使用要求。

2．插裝及壓接元器件的包裝要求

① 包裝應(yīng)兼具防靜電、防撞壞、方便取用的特點(diǎn)，優(yōu)選管裝或盤(pán)裝形式。

② 包裝與元器件間應(yīng)保持合理間隙，必要時(shí)，采用防靜電泡棉填充，以確保元器件在包裝中不會(huì)晃動(dòng)，且元器件引腳懸空。

③ 靜電敏感元器件/潮濕敏感元器件的外包裝上應(yīng)貼有靜電敏感標(biāo)識(shí)/潮濕敏感標(biāo)識(shí)。

④ 對(duì)于編帶型插裝元器件，應(yīng)確保元器件引腳全部固定在編帶上，以利于批量成型操作。

⑤ 所有外包裝不應(yīng)有嚴(yán)重的變形或壓傷痕跡，否則拒收，外包裝有輕微劃傷但內(nèi)包裝不受損時(shí)可以接收。

3.7 其他工藝選型要求

電子元器件焊接完成后，還要進(jìn)行清洗、檢驗(yàn)。對(duì)于部分高可靠產(chǎn)品，還需進(jìn)行三防涂覆和灌封、粘固操作，在選用電子元器件時(shí)，也應(yīng)考慮相關(guān)要求。