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半導體產業一定要知道的乾燥設備-工業用電子低濕乾燥櫃
你知道微量濕氣對電子元件和電路板的品質有多大的影響嗎? 經調查，25%以上的工業不良品，全是因無低濕保存所造成的損害，這包含高科技光電產業、半導體產業、電子、生化科技、食品、藥品、光學…等產業，以目前應用最廣的電子產業其製程不良的階段可分：
1. SND/IC封裝加熱過程微裂破壞
2. SNT回流焊接的熱烤回溫水害
3. 封裝材料受潮造成IC氧化
4. LCD機板受潮霉斑
5. PCB多層印刷、電路板溫差濕氣產生層間剝離
6. 濕氣對零件的焊腳產生氧化，造成銲錫性不良…等。
因此改善微量溼氣對於製造、品管、研發、倉管、絕對是不可或缺的重要工作。
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《 防潮家》以J-STD-033B規範為基礎，為大家整理出如何解決或降低微量濕氣對工業所造成的潮害問題，說明在何種情況下可以重設或暫停車間暴露時間(floor life)。
MSL 2以上的 SMD元件若未放在乾燥包裝內（必須符合在車間壽命時間內），使用前需重新乾燥，但常遇到要用的元件放在烘箱中長時間烘烤或反覆烘烤，可能還是會降低元件的可靠性，此時「常溫乾燥」就顯得非常重要，大部份的元件只要儲存在10%RH以下，即可符合J-STD-033B大部份的規範，又不用擔心長時間高溫烘烤或反覆烘烤可能對元件產生的不良影響。
.jpg "防潮袋")
J-STD-033B 表4-3 對於不同MSL的詳細說明
Table 4-3 Resetting or Pausing the "Floor Life" Clock at User Site
| MSL Level 濕敏等級 |
Exposure Time @ Temp/Humidity |
Floor Life |
Desiccator Time @ Relative Humidity |
Bake |
Reset Shelf Life |
| 2, 2a, 3, 4, 5, 5a |
Anytime
≦40°C/85% RH |
reset |
NA |
Table 4.1 |
Dry Pack |
| 2, 2a, 3, 4, 5, 5a |
> floor life
≦30°C/60% RH |
reset |
NA |
Table 4.1 |
Dry Pack |
| 2a, 3, 4 |
>12 hrs
≦30°C/60% RH |
reset |
NA |
Table 4.1 |
Dry Pack |
| 2, 2a, 3, 4 |
≦12 hrs
≦30°C/60% RH |
reset |
5X exposure time
≦10% RH |
NA |
NA |
| 5, 5a |
>8 hrs
≦30°C/60% RH |
reset |
NA |
Table 4.1 |
Dry Pack |
| 5, 5a |
≦8 hrs
≦30°C/60% RH |
reset |
10X
exposure time
≦5% RH |
NA |
NA |
| 2, 2a, 3 |
Cumulative time
≧floor life
≦30°C/60% RH |
pause |
Anytime
≦10% RH |
NA |
NA |
『濕度敏感等級』MSL (Moisture Sentivity levels)，由小排到大，數字越小的表示其抗濕度能力越好；數字越大的，表示其可以曝露於環境濕氣的時間要越短。
- MSL 2, 2a, 3, 4 元件曝露時間≦12 hrs＋濕度環境≦30°C/60% RH，只要放在10%RH以下的電子乾燥櫃內，經過5倍曝露於大氣的時間，不需經過烘烤即可重置SMD原來的車間時間(Floor life)。
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- MSL 5, 5a 元件曝露時間≦8 hrs＋濕度環境≦30°C/60% RH，只要放在5%RH以下的電子乾燥櫃內，經過10倍曝露於大氣的時間，不需經過烘烤即可重置SMD原來的車間時間(Floor life)。
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- 元件曝露在工廠環境中超過1小時，再收到乾燥包裝或乾燥箱中不一定會停止或重新計算車間壽命，但若SMD元件曝露在30℃、60％RH以下環境時，可以根據J-STD-033B中的4-3表使用乾燥劑或乾燥櫃來乾燥SMD元件。
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- J-STD-033B 5.3.3中提到可利用乾燥空氣或氮氣達到維持低濕乾燥功能，並且低濕乾燥櫃打開關門後需在1小時內回降至原平衡濕度。但您仔細想想若用乾燥空氣，需要有空壓機和濾油、濾水的零件，這是增加支出的耗材成本，長久下來並不划算。若採用氮氣，更是每次打開門後就需立即補充氮氣，每天開門10次，需補充10次氮氣，一年下來要補充3650次，每次1300L的容積，這樣應該很容易計算出來，要維持在低濕環境要耗掉多少的成本（不討論部份SMD需避免接觸氧氣）。所以採用《防潮家超低濕乾燥櫃》就可以輕鬆達到長時間維持在5%RH以下濕度，每次開關門後30分鐘即可降至原平衡濕度，遠優於J-STD-033B規範中的標準，並且使用時沒有高單價耗材（濾油器、濾水器、氮氣等）才是真正有效、節能的高效率儲存方式。
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- J-STD-033B 5.3.3.1中提到，若超低濕乾燥櫃濕度未能低於10%RH時，並不能被視為一個符合SMD標準的乾燥包裝，此時應該參考J-STD-033B中7-1表的存放濕度和時間，若超過允許的濕度和時間標準，就必需參考4-2表重新烘烤以恢復車間壽命。
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- SMD總曝露時間只要符合5-1、7-1表的相關規範，置於低於10%RH濕度環境中，可暫停或停止Floor life累計時間。
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表5-1為30℃/60%RH的條件內不同濕敏等級元件的Floor Life表。(如果零件暴露在空氣時間大於1小時，則按表7-1作業)
Table 5-1 Moisture Classification Level and Floor Life
| Level |
Floor Life (out of bag) at factory
ambient ≦ 30°C/60% RH or as stated
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| 1 |
Unlimited at ≦30°C/85% RH 不做管控，只要≦30°C/85%
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| 2 |
1year
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| 2a |
4 weeks
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| 3 |
168 hours
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| 4 |
72 hours
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| 5 |
48 hours
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| 5a |
24 hours
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| 6 |
Mandatory bake before use. After bake, must be reflowed within the time limit specified on the label.
使用前必須先烘烤，並在標籤規定的時間內過爐
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表7-1 為不同等級的濕敏原件在不同濕度保存環境的下，其使用期限有多長(以天數來計算)
(1).jpg "MSD乾燥濕度標準")
由上表可看出，唯有將濕度維持在10%RH&5%RH以下，零件才得以無限期的延長使用期限，尤其是存放在5%RH以下的濕度環境。
從這些資料我們得到，對於電子產業的製造過程中，有效的控制”微量濕氣”是能提高產品良率很重要的關鍵，且從元件、零組件、錫球、錫膏…等開始就必須注重”微量濕氣的問題，這比起從產品製成半成品或成品後再來注意”微量濕氣的問題，更能有效的提高產品的良率。
潮濕對電子產業的影響
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晶圆或晶粒半成品處於開封狀態、TFT-LCD玻璃基板在堆疊存放時受潮發霉，以至於之後製造過程出現『元件曲翹』、『爆裂』、『爆板』、『元件焊接不良』等狀況。
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光纖K金接頭、Bonding金線材料、Leadframe銅材及其它器件的金屬部分氧化
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PCB基板在回流時，如果錫膏品質不好，黏度和表面張力過大或者水分含量過高，爆發性排氣導致的“金手指”濺錫
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IC(包括QFP/BGA/ CSP）積體電路及其它元器件在存放時內部氧化短路，在焊接時內部微裂、分離脫層、外部產生“爆米花”(popcorn effect)。 由於再流焊過程中無源元件兩端焊盤上錫膏的表面張力不平衡所致,其表現為元器件部分地或完全地豎起的＂曼哈頓現象＂，BGA元件在回流過程中，由於元件或是電路板的板蹺(warping), 使BGA錫球和錫膏分開了，然後各自的表面層被氧化(oxidized), 再接觸時，就形成枕頭形狀的”枕頭現象”。
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以上的種種現象都和"微量濕氣"有著密不可分的關係!!只有解決此問題，才能有效的提高良率!
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