濕度在制造過(guò)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(kāi)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(dòng)態(tài)翹曲。

表面潮濕簡(jiǎn)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(gè)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(diǎn)溫度（取決于溫度、濕度和氣壓），這種潮濕吸水層就成為可見(jiàn)層。金屬對(duì)金屬的摩擦力隨著濕度的降低而增加，在相對(duì)濕度20%RH及以下，摩擦力比在相對(duì)濕度80% RH條件下增加了1.5倍。

有機(jī)塑料上的潮濕吸水層等

多孔或吸潮表面（環(huán)氧樹(shù)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(diǎn)（冷凝）時(shí)，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(shí)，這些單分子吸水層吸收的水分最終會(huì)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(guò)程中的濕度影響

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

對(duì)于任何工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，最糟糕的潮濕情況是水分凝結(jié)，需確保基板表面水分控制在允許的范圍內(nèi)，而不會(huì)對(duì)材料或工藝過(guò)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(duì)應(yīng)的露點(diǎn)，然而基板組裝制造業(yè)從來(lái)沒(méi)有考慮過(guò)環(huán)境問(wèn)題是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題（雖然我們?cè)谌蛳M(fèi)者團(tuán)隊(duì)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(wèn)題，以及它給設(shè)備和工藝過(guò)程所帶來(lái)的問(wèn)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(huì)引起材料性能退化、工藝和可靠性問(wèn)題。

我們已經(jīng)推動(dòng)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(huì)引起焊膏、模板、底部填充材料等的問(wèn)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(diǎn)，水可能會(huì)部分凝結(jié)，錫膏下捕獲的水分將造成附著力問(wèn)題（涂層下水泡等）。

在金屬涂覆工業(yè)中，露點(diǎn)儀可用于確保涂層對(duì)金屬基體的粘附性。

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

吸潮與相對(duì)濕度RH和露點(diǎn)的關(guān)系

在相對(duì)濕度約20% RH時(shí)，基板和焊盤(pán)上有一個(gè)水分子氫鍵的單分子層，粘接到表面（不可見(jiàn)）。水分子是不移動(dòng)的，在這種狀態(tài)下，甚至在電氣性能上，水是無(wú)害的良性的。可能會(huì)發(fā)生一些干燥問(wèn)題，取決于基板在車間的儲(chǔ)存情況，這時(shí)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(shù)脂、焊劑和OSP都具有高吸水性，金屬表面則沒(méi)有。

隨著與露點(diǎn)相關(guān)的相對(duì)濕度RH水平的提高，金屬焊盤(pán)（銅）將吸濕更多的水分，甚至穿過(guò)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(dòng)，由于污染物的存在，會(huì)形成枝晶或CAF。當(dāng)接近露點(diǎn)溫度（露點(diǎn)/冷凝）時(shí)，多孔表面如基板容易吸收大量的水，當(dāng)?shù)陀诼饵c(diǎn)溫度時(shí)，親水表面會(huì)顯著地吸收大量的水。對(duì)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(gè)臨界量時(shí)，就會(huì)引起焊劑效率降低，在底部填充和回流焊過(guò)程中排氣，以及模板印刷時(shí)不良的焊膏釋放等問(wèn)題。

焊膏

實(shí)際上焊膏與涂覆材料如涂料有類似的過(guò)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(kāi)孔中釋放。接近周圍環(huán)境露點(diǎn)的焊膏會(huì)降低粘性強(qiáng)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(diǎn)有關(guān)的金屬涂覆的規(guī)則，即對(duì)于金屬涂覆，如金或錫，基板溫度應(yīng)不超過(guò)露點(diǎn)溫度4±1 ℃的界限，對(duì)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(jī)設(shè)置

在車間，DEK ECU實(shí)際設(shè)定溫度26 ℃。機(jī)內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度45% RH，機(jī)內(nèi)環(huán)境下計(jì)算的基板露點(diǎn)溫度15 ℃。進(jìn)入絲網(wǎng)印刷機(jī)之前記錄的最冷基板溫度是19 ℃，ΔT（基板溫度與露點(diǎn)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(chǎng)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(gè)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(huì)有一個(gè)2 ℃的ΔT，這將根本不能滿足ASTM/ISO涂覆規(guī)范要求，因?yàn)榛逄珴瘛?yōu)化的良好設(shè)置應(yīng)是露點(diǎn)之上≥5 ℃。

車間測(cè)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(duì)濕度（露點(diǎn)），當(dāng)基板溫度接近露點(diǎn)時(shí)，由于形成較厚的多分子層水層，焊盤(pán)潮濕，將使焊膏等的附著力（粘性）低下，造成模板開(kāi)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(jì)算的臨界溫度。記錄了三個(gè)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(cè)量）。

基板溫度稍高，對(duì)車間環(huán)境的要求就相對(duì)較低。

露點(diǎn)試驗(yàn)（達(dá)因值）

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