作者：英國 馬瑟韋爾 TSI Consultants公司技術總監：Mike Cummings

濕度在制造過程中起著關鍵的作用，太低將導致東西干燥，ESD增加，灰塵水平較高，模板開孔更容易堵塞，模板磨損增加，已經證明濕度太低直接影響并降低生產能力。太高將導致材料潮濕吸收水分，造成分層，爆米花效應、焊料球。潮濕也降低了材料的Tg值，增大了回流焊期間的動態翹曲。

表面潮濕簡介

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）都有一個潮濕吸水層（單分子層或多分子層），當表面溫度等于周圍空氣的露點溫度（取決于溫度、濕度和氣壓），這種潮濕吸水層就成為可見層。金屬對金屬的摩擦力隨著濕度的降低而增加，在相對濕度20%RH及以下，摩擦力比在相對濕度80% RH條件下增加了1.5倍。

有機塑料上的潮濕吸水層等

多孔或吸潮表面（環氧樹脂、塑料、焊劑等）往往吸收這些吸水層，即使表面溫度低于露點（冷凝）時，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，當單分子吸水層在厚度上接近20層時，這些單分子吸水層吸收的水分最終會導致回流焊期間的爆米花效應。

應根據IPC-STD-020控制塑封器件在潮濕環境中的曝露狀況

制造過程中的濕度影響

濕度對生產制造有多種影響，一般來說，潮濕是不可見的（重量增加除外），但帶來的后果是氣孔、空洞、焊料飛濺、焊球和底部填充空洞等。

對于任何工藝過程來說，最糟糕的潮濕情況是水分凝結，需確保基板表面水分控制在允許的范圍內，而不會對材料或工藝過程產生不利影響。

受控的允許范圍？

在幾乎所有的涂層工藝（硅半導體制造中旋轉涂布、掩膜和金屬涂層）中，公認的措施就是控制與基板溫度相對應的露點，然而基板組裝制造業從來沒有考慮過環境問題是一個值得關注的問題（雖然我們在全球消費者團隊發布了環境控制指南和應控制的各種參數）。

隨著器件制造工藝走向更精細的功能特征，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體行業的環境要求。

我們已經知道了灰塵控制問題，以及它給設備和工藝過程所帶來的問題。我們現在要知道，元件和基板上的高濕度水平（IPC-STD-020）會引起材料性能退化、工藝和可靠性問題。

我們已經推動一些設備制造商在設備中控制環境，材料供應商配制的材料能夠在更惡劣的環境中應用。到目前為止我們已經發現濕度會引起焊膏、模板、底部填充材料等的問題。

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，粘結在金屬表面，但是如果金屬表面接近環境露點，水可能會部分凝結，錫膏下捕獲的水分將造成附著力問題（涂層下水泡等）。

在金屬涂覆工業中，露點儀可用于確保涂層對金屬基體的粘附性。

從根本上說，這個儀器準確測量金屬基板上或周圍的濕度水平并計算露點，將這個結果與測量部件的基板表面溫度進行比較，然后計算出基板溫度和露點之間的?T，如果?T小于3～5 ℃，部件不能被涂覆，因附著力差，會導致空洞。

吸潮與相對濕度RH和露點的關系

在相對濕度約20% RH時，基板和焊盤上有一個水分子氫鍵的單分子層，粘接到表面（不可見）。水分子是不移動的，在這種狀態下，甚至在電氣性能上，水是無害的良性的。可能會發生一些干燥問題，取決于基板在車間的儲存情況，這時表面上的水分交換地進行吸潮與蒸發，保持恒定的單分子層。

單分子層的進一步形成，依賴于基板表面的水分吸收。環氧樹脂、焊劑和OSP都具有高吸水性，金屬表面則沒有。

隨著與露點相關的相對濕度RH水平的提高，金屬焊盤（銅）將吸濕更多的水分，甚至穿過OSP，形成多分子層（多層）。關鍵是單分子層20層及其以上的地方，集聚了大量的水，電子可以流動，由于污染物的存在，會形成枝晶或CAF。當接近露點溫度（露點/冷凝）時，多孔表面如基板容易吸收大量的水，當低于露點溫度時，親水表面會顯著地吸收大量的水。對于我們的電子組裝工藝，當這些吸收的緊抱表面的水分達到一個臨界量時，就會引起焊劑效率降低，在底部填充和回流焊過程中排氣，以及模板印刷時不良的焊膏釋放等問題。

焊膏

實際上焊膏與涂覆材料如涂料有類似的過程，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孔中釋放。接近周圍環境露點的焊膏會降低粘性強度，從而導致焊膏釋放不良。

ECU單元的空氣溫度應盡可能遵守與露點有關的金屬涂覆的規則，即對于金屬涂覆，如金或錫，基板溫度應不超過露點溫度4±1 ℃的界限，對于多孔/親水表面，如OSP，我們要求的最低溫度應≥5 ℃。

DEK印刷機設置

在車間，DEK ECU實際設定溫度26 ℃。機內環境相對濕度45% RH，機內環境下計算的基板露點溫度15 ℃。進入絲網印刷機之前記錄的最冷基板溫度是19 ℃，ΔT（基板溫度與露點之差）是（19 ℃-15 ℃）4 ℃，這僅僅達到了金屬安全涂覆ASTM和ISO涂層規范（最低4±1℃）的低限，但是現場的生產操作就有可能失敗。多孔表面涂覆規范要求基板溫度高于5 ℃，因此我們可以認為該基板將吸潮。

如果我們把一個冷的（19 ℃）基板放置到其他設備上，如富士設備，車間濕度＞60%RH，我們會有一個2 ℃的ΔT，這將根本不能滿足ASTM/ISO涂覆規范要求，因為基板太濕。優化的良好設置應是露點之上≥5 ℃。

車間測量

基板表面吸收的水分取決于表面溫度與環境空氣溫度和相對濕度（露點），當基板溫度接近露點時，由于形成較厚的多分子層水層，焊盤潮濕，將使焊膏等的附著力（粘性）低下，造成模板開孔中焊膏的不良釋放。

下面是根據車間情況的各種溫度和濕度范圍計算的臨界溫度。記錄了三個基板溫度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（設備內部環境需要測量）。

基板溫度稍高，對車間環境的要求就相對較低。

露點試驗（達因值）

當濕度增加（＞50% RH），基板表面溫度在接近露點溫度的4～5 ℃范圍內，所有的基板表面都有潤濕不良。我們設計了一個室內相對濕度水平43% RH的試驗，基本上遠低于實際測量的車間最壞情況（60%～65% RH），濕度對工藝過程的影響是很普遍的。我們進行了測試，將一塊清潔基板置于車間的冰箱內半小時，直到冷卻到低濕度車間所需的露點溫度，用達因筆測試時，達因值已經從＞40達因降至37達因，這足以說明濕度對工藝過程的影響，在高濕度和室溫下影響會更大，達因值肯定會更急劇地下降。
編輯：hfy