| 标准编号 | GB/T 4937.20-2018 (GB/T4937.20-2018) | | 中文名称 | 半导体器件 机械和气候试验方法 第20部分：塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响 | | 英文名称 | Semiconductor devices -- Mechanical and climatic test methods -- Part 20: Resistance of plastic encapsulated SMDs to the combined effect of moisture and soldering heat | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L40 | | 国际标准分类 | 31.080.01 | | 字数估计 | 22,249 | | 发布日期 | 2018-09-17 | | 实施日期 | 2019-01-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 4937.20-2018
Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 20: Resistance of plastic encapsulated SMDs to the combined effect of moisture and soldering heat
ICS 31.080.01
L40
中华人民共和国国家标准
半导体器件 机械和气候试验方法
第20部分:塑封表面安装器件耐潮湿
和焊接热综合影响
(IEC 60749-20:2008,IDT)
2018-09-17发布
2019-01-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 总则 1
4 试验设备和材料 1
4.1 湿热试验箱 1
4.2 再流焊设备 1
4.3 基板 2
4.4 波峰焊设备 2
4.5 气相再流焊的溶剂 2
4.6 助焊剂 2
4.7 焊锡 2
5 程序 2
5.1 初测 2
5.1.1 外观检查 2
5.1.2 电测试 2
5.1.3 声学扫描内部检查 2
5.2 干燥 3
5.3 水汽浸渍 3
5.3.1 一般要求 3
5.3.2 非干燥包装的SMD试验条件 3
5.3.3 干燥包装的SMD水汽浸渍 3
5.4 焊接热 4
5.4.1 概述 4
5.4.2 红外对流或对流再流焊接的加热方法 5
5.4.3 气相再流焊接的加热方法 6
5.4.4 波峰焊的加热方法 6
5.5 恢复 7
5.6 最终检测 7
5.6.1 外观检查 7
5.6.2 电特性测试 7
5.6.3 声学扫描检查 7
6 应在相关文件中规定的细节 7
附录A(资料性附录) 塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响的试验方法描述及细节 9
A.1 水汽浸渍描述 9
A.1.1 水汽浸渍指南 9
A.1.2 基于水汽浸渍的考虑 9
A.2 水汽含量测量程序 13
A.3 焊接热方法 14
A.3.1 红外对流和对流再流焊接的温度曲线 14
A.3.2 气相焊接的温度曲线 16
A.3.3 波峰焊接的加热方法 16
图1 样品温度曲线测量方法 2
图2 波峰焊加热 7
图A.1 温度85℃、相对湿度85%下的水汽扩散过程 10
图A.2 树脂厚度和第一层界面的定义 10
图A.3 85℃时的水汽浸渍到饱和所需时间与树脂厚度的函数关系 10
图A.4 树脂中水汽含量饱和度与温度的对应关系 11
图A.5 不同浸润条件下第一界面树脂中水汽含量与厚度的对应关系 11
图A.6 方法A水汽浸渍条件下的第一界面树脂中水汽含量与厚度的对应关系 12
图A.7 方法B水汽浸渍条件下的第一界面树脂中水汽含量与厚度的对应关系 13
图A.8 方法B条件B2水汽浸渍条件下第一界面树脂中水汽含量与厚度的对应关系 13
图A.9 Sn-Pb共晶焊接的红外对流和对流再流焊温度曲线 14
图A.10 无铅焊接的红外对流和对流再流焊温度曲线 14
图A.11 分段曲线 16
图A.12 气相焊接的温度曲线(条件ⅠA) 16
图A.13 浸入焊槽的浸润方法 17
图A.14 红外对流再流焊接和波峰焊接的对应关系 17
图A.15 波峰焊接过程中SMD本体温度 17
表1 非干燥包装SMD的水汽浸渍条件 3
表2 干燥包装的SMD水汽浸渍条件(方法A) 3
表3 干燥包装的SMD水汽浸渍条件(方法B) 4
表4 Sn-Pb共晶过程---再流焊温度分类 5
表5 无铅过程---再流焊温度分类 5
表6 气相再流焊接的加热条件 6
表7 波峰焊的浸润条件 7
表A.1 与实际贮存条件等效的焊接热前水汽浸渍条件对照表 11
表A.2 分段曲线 15
前言
GB/T 4937《半导体器件 机械和气候试验方法》由以下部分组成:
---第1部分:总则;
---第2部分:低气压;
---第3部分:外部目检;
---第4部分:强加速稳态湿热试验(HAST);
---第5部分:稳态温湿度偏置寿命试验;
---第6部分:高温贮存;
---第7部分:内部水汽含量测试和其他残余气体分析;
---第8部分:密封;
---第9部分:标志耐久性;
---第10部分:机械冲击;
---第11部分:快速温度变化 双液槽法;
---第12部分:扫频振动;
---第13部分:盐雾;
---第14部分:引出端强度(引线牢固性);
---第15部分:通孔安装器件的耐焊接热;
---第16部分:粒子碰撞噪声检测(PIND);
---第17部分:中子辐照;
---第18部分:电离辐射(总剂量);
---第19部分:芯片剪切强度;
---第20部分:塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响;
---第20-1部分:对潮湿和焊接热综合影响敏感的表面安装器件的操作、包装、标志和运输;
---第21部分:可焊性;
---第22部分:键合强度;
---第23部分:高温工作寿命;
---第24部分:加速耐湿 无偏置强加速应力试验(HSAT);
---第25部分:温度循环;
---第26部分:静电放电(ESD)敏感度试验 人体模型(HBM);
---第27部分:静电放电(ESD)敏感度试验 机械模型(MM);
---第28部分:静电放电(ESD)敏感度试验 带电器件模型(CDM) 器件级;
---第29部分:闩锁试验;
---第30部分:非密封表面安装器件在可靠性试验前的预处理;
---第31部分:塑封器件的易燃性(内部引起的);
---第32部分:塑封器件的易燃性(外部引起的);
---第33部分:加速耐湿 无偏置高压蒸煮;
---第34部分:功率循环;
---第35部分:塑封电子元器件的声学扫描显微镜检查;
---第36部分:恒定加速度;
---第37部分:采用加速度计的板级跌落试验方法;
---第38部分:半导体存储器件的软错误试验方法;
---第39部分:半导体元器件原材料的潮气扩散率和水溶解率测量;
---第40部分:采用张力仪的板级跌落试验方法;
---第41部分:非易失性存储器件的可靠性试验方法;
---第42部分:温度和湿度贮存;
---第43部分:集成电路(IC)可靠性鉴定方案指南;
---第44部分:半导体器件的中子束辐照单粒子效应试验方法。
本部分为GB/T 4937的第20部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分使用翻译法等同采用IEC 60749-20:2008《半导体器件 机械和气候试验方法 第20部分:
塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 4937.3-2012 半导体器件 机械和气候试验方法 第3部分:外部目检(IEC 60749-
3:2002,IDT)
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本部分由中华人民共和国工业和信息化部提出。
本部分由全国半导体器件标准化技术委员会(SAC/TC78)归口。
本部分起草单位:中国电子科技集团公司第十三研究所、深圳市标准技术研究院。
本部分主要起草人:高金环、彭浩、高瑞鑫、沈彤茜、裴选、刘玮。
半导体器件 机械和气候试验方法
第20部分:塑封表面安装器件耐潮湿
和焊接热综合影响
1 范围
GB/T 4937的本部分规定了塑封表面安装半导体器件(SMD)的耐焊接热评价方法。该试验为破
坏性试验。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
IEC 60068-2-20:2008 电工电子产品环境试验 第2-20部分:试验方法 试验T:带引线器件的可
IEC 60749-35 半导体器件 机械和气候试验方法 第35部分:塑封电子元器件的扫描声学显微
3 总则
焊接热试验会使SMD中潮气(SMD在存贮期间吸收的)气压升高,从而导致SMD塑料封装破裂
和电气性能失效。本部分通过模拟贮存在仓库或干燥包装环境中SMD吸收的潮气,进而对其进行耐
焊接热性能的评价。
4 试验设备和材料
4.1 湿热试验箱
湿热试验箱应能够提供符合5.3中规定的温度和相对湿度环境。
4.2 再流焊设备
红外对流和气相再流焊设备提供的温度曲线应能够符合5.4.2和5.4.3中规定的焊接热条件。再
流焊设备的温度设定应按照温度曲线进行设定,该温度指焊接热试验过程中样品的表面温度,测量方法
如图1所示。
注:粘接剂或薄胶带具有良好的导热性。
图1 样品温度曲线测量方法
4.3 基板
除相关文件另有规定外,任一板材,如玻璃纤维、聚酰亚胺,都可用作基板。使用常规方法将样品固
定在基板上,如图1所示。如果按照图1放置需改变样品引出端形状,进而造成其电参数异常时,应选
择避免引出端形状改变的装配方式,并在相关文件中规定。
4.4 波峰焊设备
波峰焊设备应满足5.4.4中规定的条件。通常,熔融焊料应能流动。
4.5 气相再流焊的溶剂
应使用全碳氟化合物。
4.6 助焊剂
除相关文件另有规定外,助焊剂由质量分数为25%的乙醇和75%的异丙醇组成,详见IEC 60068-
2-20:2008中附录B的规定。
4.7 焊锡
采用IEC 60068-2-20:2008中表1规定的焊锡组分。
5 程序
5.1 初测
5.1.1 外观检查
试验前应在40倍显微镜下,按照IEC 60749-3的规定进行外观检查,应特别注意外表面的裂纹和
鼓包。
5.1.2 电测试
当相关文件要求时,应进行电性能测试。
5.1.3 声学扫描内部检查
除相关文件另有规定外,按照IEC 60749-35的规定,使用声学扫描显微镜检查样品内部裂纹和
分层。
5.2 干燥
除相关文件另有规定外,样品应在125℃±5℃下烘焙至少24h。
5.3 水汽浸渍
5.3.1 一般要求
除相关文件另有规定外,应根据样品的包装方式选择水汽浸渍的条件(参见A.1.1)。如果相关文
件中规定样品焊接前需进行烘焙,则对样品直接烘焙,不再进行水汽浸渍。
5.3.2 非干燥包装的SMD试验条件
应依据实际允许的极限贮存条件,从表1选择水汽浸渍条件(参见A.1.2.1)。
表1 非干燥包装SMD的水汽浸渍条件
条件
温度
相对湿度
持续时间
实际允许的极限贮存
A1或B1 85±2 85±5 168±24 < 30℃,85% RH
注:条件A1和B1为方法A或方法B中非干燥包装的SMD水汽浸渍条件。
5.3.3 干燥包装的SMD水汽浸渍
5.3.3.1 一般要求
干燥包装的SMD水汽浸渍条件见表2或表3。干燥包装的SMD水汽浸渍包括两个步骤。步骤一
是模拟SMD打开干燥包装或干燥储物柜之前的潮湿条件;步骤二是模拟SMD打开包装至焊接期间的
潮湿条件。干燥包装的SMD水汽浸渍条件应从方法A或方法B中选择。当承制方规定SMD干燥包
装或干燥储物柜中的相对湿度在10%~30%之间时,选择方法A,相对湿度低于10%时,选择方法B。
5.3.3.2 方法A
除相关文件另有规定外,应先进行表2中条件A2的步骤一,随后,在步骤一完成后的4h内进行表
2中条件A2的步骤二(参见A.1.2.2)。
步骤一的相对湿度条件应与防潮袋内相对湿度的上限一致。步骤二的相对湿度应与车间寿命的条
件一致。
除防潮袋贮存和车间寿命的水汽浸渍条件在表2中进行了详细的规定外,其他试验条件需在相关
文件中规定。
表2 干燥包装的SMD水汽浸渍条件(方法A)
条件 水汽浸渍条件
干燥包装和干燥储物柜
中的允许贮存条件
车间寿命条件
A2步骤一条件
(85±2)℃,(30±5)% RH
168+24-0h
30℃,30% RH,1年 -
A2步骤二条件
(30±2)℃,(70±5)% RH
168+24-0h
- < 30℃,70% RH,168h
注1:步骤一表征SMD干燥包装或干燥储物柜中的贮存条件,同时也表征分销商或使用者检查后重新包装引起的
干燥包装中相对湿度增加的贮存条件。当选用条件A2时,将SMD封装在有IC卷盘和干燥剂的防潮袋中,
进行几周的干燥。防潮袋可能会多次暂时开包(一次几个小时)。当干燥包装中的湿度指示卡显示湿度低于
30%时,重新包装几天后SMD会恢复到初始的潮气吸收状态,允许重新包装和检查SMD。在这种情况下,
认为干燥包装中的潮气得到控制,不必进行SMD水汽含量的测量(参见 A.2)。为控制湿度,需对湿度指示
卡校正。
注2:由于在干燥包装或干燥储物柜中存放的SMD在经历长期贮存后会逐渐达到水汽饱和,因此当按步骤一条件
进行水汽浸渍没有达到饱和,延长浸润时间至336h。当步骤一水汽浸渍已达到饱和,缩短浸润时间。
5.3.3.3 方法B
水汽浸渍的条件应从表3中选择,并与相关文件中规定的车间寿命条件一致(参见A.1.2.3)。
表3 干燥包装的SMD水汽浸渍条件(方法B)
条件 水汽浸渍条件
从烘焙到干燥包装及干燥
包装短时开封的条件
车间寿命条件
B2
(85±2)℃,(60±5)% RH,
168+24-24h
< 30℃,60% RH,24h < 30℃,60% RH,1年
B2a
(30±2)℃,(60±5)% RH,
696+24-24h
< 30℃,60% RH,24h < 30℃,60% RH,28d
B3
(30±2)℃,(60±5)% RH,
192+24-0h
< 30℃,60% RH,24h < 30℃,60% RH,168h
B4
(30±2)℃,(60±5)% RH,
96+24-0h
< 30℃,60% RH,24h < 30℃,60% RH,72h
B5
(30±2)℃,(60±5)% RH,
72+24-0h
< 30℃,60% RH,24h < 30℃,60% RH,48h
B5a
(30±2)℃,(60±5)% RH,
48+24-0h
< 30℃,60% RH,24h < 30℃,60% RH,24h
B6
(30±2)℃,(60±5)% RH,
6+24-0h
- < 30℃,60% RH,6h
注1:条件B2到B6的水汽浸渍条件覆盖了步骤一条件(30℃,60% RH,24h)和步骤二条件(车间寿命)。
注2:由于受潮的材料和退化的干燥剂释放水汽,导致干燥包装中的相对湿度超过10%。因此,SMD干燥包装中的
物品、IC卷盘和其他材料,封装进防潮袋之前充分干燥。干燥包装中的相对湿度通过湿度指示卡和SMD水
汽含量测量予以标定,参见A.2。
注3:因为干燥储物柜中不能获得非常低的相对湿度,不推荐将SMD贮存在干燥柜中来代替干燥包装。
注4:方法B的条件覆盖从烘焙到焊接整个SMD贮存过程,包含SMD从烘焙到封装进干燥包装中以及干燥包装
暂时开封和车间寿命的整个室温贮存持续时间。
5.4 焊接热
5.4.1 概述
除相关文件另有规定外,样品应在水汽浸渍或高温烘焙试验完成后的4h之内进行焊接热试验。
按照相关文件的要求,焊接热的试验方法和条件从5.4.2~5.4.4中选择。无论选择哪种试验方法,焊接
热的循环次数最少1次、最多3次。除相关文件另有规定外,焊接热的循环次数为1次。如果循环次数
大于1次,那么在完成一次试验后,进行下一次试验之前,样品的温度应降至50℃以下。
注:如果样品在室温下贮存超过4h不受水汽浸渍或烘焙的影响,则水汽浸渍或烘焙完成后超过4h的贮存时间可
在相关文件中明确规定。
5.4.2 红外对流或对流再流焊接的加热方法
5.4.2.1 准备
将样品放置在基板上。
5.4.2.2 预热
除相关文件另有规定外,样品应置于再流焊设备中,按照A.3.1规定的温度条件范围预热60s~
120s。
5.4.2.3 焊接热
预热之后,样品的温度应先提升到峰值温度,然后降至室温。依据实际焊接条件,从表4或表5中
选择加热条件,该条件应与相关文件一致。温度和时间容差参见A.3.1。
注1:在表4和表5中,A的试验条件用于实际焊接时间短的温度曲线,B用于实际焊接时间长的温度曲线。
注2:预热之后,样品温度符合图A.9、图A.10或表A.2中的要求。
注3:依据上下文关联,表4、表5中及文中红外对流再流焊接的方法A、方法B表述为条件I-A、条件I-B更合适。
表4 Sn-Pb共晶过程---再流焊温度分类
封装厚度
mm
条件
规定的焊接温
度的试验时间
相应体积的温度
< 350mm3 350mm3~2000mm3 ≥2000mm3
< 2.5
A 10 240℃ 240℃ 225℃
B 20 240℃ 225℃ 225℃
≥2.5
A 10 240℃ 240℃ 225℃
B 20 225℃ 225℃ 225℃
表5 无铅过程---再流焊温度分类
封装厚度
mm
条件
规定的焊接温
度的试验时间
相应体积的温度
< 350mm3 350mm3~2000mm3 >2000mm3
< 1.6
260℃ 260℃ 260℃
1.6~2.5
260℃ 250℃ 245℃
>2.5
250℃ 245℃ 245℃
5.4.3 气相再流焊接的加热方法
5.4.3.1 准备
样品应安装在基板上。
5.4.3.2 预热
除相关文件另有规定外,样品应置于气相再流焊设备中,在100℃到160℃温度条件下预热60s~
120s。
5.4.3.3 焊接热
预热之后,样品的温度升高。当样品温度达到215℃±5℃时,按照表6保持40s±4s,参
见A.3.2。
表6 气相再流焊接的加热条件
条件
温度
时间
Ⅱ-A 215±5 40±4
5.4.4 波峰焊的加热方法
5.4.4.1 准备
按照相关文件的规定,使用粘合剂将样品底面安装在基板上。除相关文件另有规定外,在样品和基
板之间不得使用助焊剂。
注1:如果使用助焊剂,助焊剂中溶剂的气化会影响样品温度的升高。助焊剂不能涂覆样品的本体而尽可能只涂覆
引脚,并且远离样品本体。
注2:如果间距(SMD本体底面与引脚底面的高度差)小于0.5mm(为减小热阻使用热沉造成SMD本体厚度超过
2.0mm的除外)时,需通过A或B中的焊接热试验检验。SMD本体厚度超过3.0mm时,使用B中的焊接热
试验条件检验。针对SMD,由于A和B的试验条件要比波峰焊的条件Ⅲ-A和Ⅲ-B更严酷(参考 A.3.3),因
此,一般不采用条件Ⅲ-A和Ⅲ-B。
5.4.4.2 预热
除相关文件另有规定外,样品应置于焊接设备中在80℃~140℃下预热30s~60s。
5.4.4.3 焊接热
预热后,将样品和基板一起浸入熔融的焊料中,如图2所示。浸润条件从表7中选择。
a) 浸润开始 b) 浸润结束
图2 波峰焊加热
表7 波峰焊的浸润条件
条件
焊接温度
浸润时间
实际的焊接方法
Ⅲ-A 260±5 5±1 单峰
Ⅲ-B 260±5 10±1 双峰
5.4.4.4 清洗
如果使用了助焊剂,应根据相关文件规定的清洗方法去除。
5.5 恢复
如在相关文件中规定了恢复条件,样品应按文件要求置于标准大气条件下存放规定的时间。
注:波峰焊接并不是承制方普遍采用的焊接方式。如果承制方没有此设备,相应的焊接热方法在承制方和用户之
间的协议中进行规定。
5.6 最终检测
5.6.1 外观检查
试验完成后,在40倍显微镜下,按照IEC 60749-3的规定进行外观检查,注意检查外表面的裂纹和
鼓包。
5.6.2 电特性测试
按照相关文件的规定,进行电特性测试。
5.6.3 声学扫描检查
除相关文件另有规定外,按照IEC 60749-35的规定,使用声学扫描显微镜对样品内部的裂纹和分
层进行检查。
6 应在相关文件中规定的细节
应在相关文件中规定的细节如下:
a) 基板材料(见4.3);
b) 样品在基板上的位置(见4.3);
c) 助焊剂组分(见4.6);
d) 试验样品数量(见第5章);
e) 初始检测的项目和失效判据(见5.1);
f) 预处理(见5.2);
g) 水汽浸渍的方法(见5.3);
h) 干燥条件(见5.2);
i) 烘焙替代水汽浸渍的条件(见5.3);
j) 干燥包装的SMD水汽浸渍方法(见5.3.3);
k) 水汽浸渍条件的步骤间隔时间(见5.3.3.2);
l) 步骤一和步骤二的条件以及是否需要其他条件(见5.3.3.2);
m)如果168h的浸润时间不满足条件,规定浸润时间(见......
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