问:元件受潮为什么会导致“爆米花效应”?BGA、QFN在回流焊前为什么必须烘烤?MSL等级怎么判断?
答: 湿敏元件(MSD)在存储过程中会吸收空气中的水分。如果在回流焊前没有充分烘烤,内部水分在高温下迅速汽化膨胀,导致元件内部开裂——这就是“爆米花效应”。BGA、QFN等塑料封装芯片是湿敏元件的主要类型,回流焊前必须确认MSL等级和存储条件。
一、爆米花效应的形成机理
塑料封装材料具有一定的吸湿性。在存储过程中,空气中的水分会缓慢渗入封装内部。当元件进入回流焊炉,温度在几十秒内升到235-245℃,内部吸收的水分迅速汽化膨胀,产生的蒸汽压力可能超过封装材料的强度,导致封装开裂、焊球与封装分离、引脚断裂。
这种损伤在出厂测试中可能无法发现,但在长期使用中会逐渐暴露。
二、MSL等级的含义
MSL(Moisture Sensitivity Level)是湿敏等级,分为1-6级。MSL 1级无需烘烤,可无限期暴露。MSL 2级暴露时间≤1年。MSL 2a级暴露时间≤4周。MSL 3级暴露时间≤168小时。MSL 4级暴露时间≤72小时。MSL 5级暴露时间≤48小时。MSL 5a级暴露时间≤24小时。MSL 6级必须烘烤后使用。
三、如何判断元件是否需要烘烤
看包装上的MSL等级标签。看湿度指示卡是否变色。如果包装破损或湿度指示卡变色,元件需要烘烤。元件暴露时间超过MSL等级要求,也需要烘烤。
四、烘烤工艺的参数
烘烤温度通常125℃,烘烤时间根据元件厚度和MSL等级确定,通常24-48小时。烘烤后应在24小时内完成焊接。烘烤次数不宜过多,反复烘烤可能影响可焊性。
五、总结
爆米花效应的根源是元件吸潮后在回流焊高温下内部水分汽化膨胀。BGA、QFN等塑料封装芯片回流焊前必须确认MSL等级和存储条件。如果项目涉及BGA、QFN等湿敏元件,建议在打样阶段就确认工厂的烘烤工艺和MSL管控流程,避免问题留到量产阶段。