IEC 60749-20 Edition 2.0 2008-12 INTERNATIONAL STANDARD Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods – Part 20: Resistance of plastic encapsulated SMDs to the combined effect of moisture and soldering heat IEC 60749-20:2008 Dispositifs semiconducteurs – Méthodes d'essais mécaniques et climatiques – Partie 20: Résistance des CMS btier plastique l'effet combiné de l'humidité et de la chaleur de brasage LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU NORME INTERNATIONALE THIS PUBLICATION IS COPYRIGHT PROTECTED Copyright © 2008 IEC, Geneva, Switzerland All rights reserved Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either IEC or IEC's member National Committee in the country of the requester If you have any questions about IEC copyright or have an enquiry about obtaining additional rights to this publication, please contact the address below or your local IEC member National Committee for further information Droits de reproduction réservés Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de la CEI ou du Comité national de la CEI du pays du demandeur Si vous avez des questions sur le copyright de la CEI ou si vous désirez obtenir des droits supplémentaires sur cette publication, utilisez les coordonnées ci-après ou contactez le Comité national de la CEI de votre pays de résidence About the IEC The International Electrotechnical Commission (IEC) is the leading global organization that prepares and publishes International Standards for all electrical, electronic and related technologies About IEC publications The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC Please make sure that you have the latest edition, a corrigenda or an amendment might have been published ƒ Catalogue of IEC publications: www.iec.ch/searchpub The IEC on-line Catalogue enables you to search by a variety of criteria (reference number, text, technical committee,…) It also gives information on projects, withdrawn and replaced publications ƒ IEC Just Published: www.iec.ch/online_news/justpub Stay up to date on all new IEC publications Just Published details twice a month all new publications released Available on-line and also by email ƒ Electropedia: www.electropedia.org The world's leading online dictionary of electronic and electrical terms containing more than 20 000 terms and definitions in English and French, with equivalent terms in additional languages Also known as the International Electrotechnical Vocabulary online ƒ Customer Service Centre: www.iec.ch/webstore/custserv If you wish to give us your feedback on this publication or need further assistance, please visit the Customer Service Centre FAQ or contact us: Email: csc@iec.ch Tel.: +41 22 919 02 11 Fax: +41 22 919 03 00 A propos de la CEI La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des normes internationales pour tout ce qui a trait l'électricité, l'électronique et aux technologies apparentées A propos des publications CEI Le contenu technique des publications de la CEI est constamment revu Veuillez vous assurer que vous possédez l’édition la plus récente, un corrigendum ou amendement peut avoir été publié ƒ Catalogue des publications de la CEI: www.iec.ch/searchpub/cur_fut-f.htm Le Catalogue en-ligne de la CEI vous permet d’effectuer des recherches en utilisant différents critères (numéro de référence, texte, comité d’études,…) Il donne aussi des informations sur les projets et les publications retirées ou remplacées ƒ Just Published CEI: www.iec.ch/online_news/justpub Restez informé sur les nouvelles publications de la CEI Just Published détaille deux fois par mois les nouvelles publications parues Disponible en-ligne et aussi par email ƒ Electropedia: www.electropedia.org Le premier dictionnaire en ligne au monde de termes électroniques et électriques Il contient plus de 20 000 termes et définitions en anglais et en franỗais, ainsi que les termes ộquivalents dans les langues additionnelles Egalement appelé Vocabulaire Electrotechnique International en ligne ƒ Service Clients: www.iec.ch/webstore/custserv/custserv_entry-f.htm Si vous désirez nous donner des commentaires sur cette publication ou si vous avez des questions, visitez le FAQ du Service clients ou contactez-nous: Email: csc@iec.ch Tél.: +41 22 919 02 11 Fax: +41 22 919 03 00 LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU IEC Central Office 3, rue de Varembé CH-1211 Geneva 20 Switzerland Email: inmail@iec.ch Web: www.iec.ch IEC 60749-20 Edition 2.0 2008-12 INTERNATIONAL STANDARD Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods – Part 20: Resistance of plastic encapsulated SMDs to the combined effect of moisture and soldering heat Dispositifs semiconducteurs – Méthodes d'essais mécaniques et climatiques – Partie 20: Résistance des CMS btier plastique l'effet combiné de l'humidité et de la chaleur de brasage INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE PRICE CODE CODE PRIX ICS 31.080.01 ® Registered trademark of the International Electrotechnical Commission Marque déposée de la Commission Electrotechnique Internationale U ISBN 2-8318-1019-8 LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU NORME INTERNATIONALE –2– 60749-20 © IEC:2008 CONTENTS FOREWORD Scope .6 Normative references General description Test apparatus and materials 4.1 Humidity chamber 4.2 Reflow soldering apparatus 4.3 Holder .7 4.4 Wave-soldering apparatus .7 4.5 Solvent for vapour-phase reflow soldering 4.6 Flux 4.7 Solder .7 Procedure .7 5.1 Initial measurements .7 5.1.1 Visual inspection 5.1.2 Electrical measurement 5.1.3 Internal inspection by acoustic tomography 5.2 Drying 5.3 Moisture soak 5.3.1 General .8 5.3.2 Conditions for non-dry-packed SMDs 5.3.3 Moisture soak for dry-packed SMDs .8 5.4 Soldering heat 10 5.4.1 General 10 5.4.2 Method of heating by infrared convection or convection reflow soldering 11 5.4.3 Method of heating by vapour-phase reflow soldering 12 5.4.4 Method of heating by wave-soldering 12 5.5 Recovery 13 5.6 Final measurements 14 5.6.1 Visual inspection 14 5.6.2 Electrical measurement 14 5.6.3 Internal inspection by acoustic tomography 14 Information to be given in the relevant specification 14 Annex A (informative) Details and descriptions of test method on resistance of plastic encapsulated SMDs to the combined effect of moisture and soldering heat 16 Figure – Method of measuring the temperature profile of a specimen Figure – Heating by wave-soldering 13 Figure A.1 – Process of moisture diffusion at 85 °C, 85 % RH 17 Figure A.2 – Definition of resin thickness and the first interface 17 Figure A.3 – Moisture soak time to saturation at 85 °C as a function of resin thickness 18 Figure A.4 – Temperature dependence of saturated moisture content of resin 18 Figure A.5 – Dependence of moisture content of resin at the first interface on resin thickness under various soak conditions 19 LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU 60749-20 © IEC:2008 –3– Figure A.6 – Dependence of moisture content of resin at the first interface on resin thickness related to method A of moisture soak 20 Figure A.7 – Dependence of the moisture content of resin at the first interface on resin thickness related to method B of moisture soak 21 Figure A.8 – Dependence of moisture content of resin at the first interface on resin thickness related to condition B2 of method B of moisture soak 21 Figure A.9 – Temperature profile of infrared convection and convection reflow soldering for Sn-Pb eutectic assembly 23 Figure A.10 – Temperature profile of infrared convection and convection reflow soldering for lead-free assembly 23 Figure A.11 – Classification profile 25 Figure A.12 – Temperature profile of vapour-phase soldering (condition II-A) 25 Figure A.14 – Relation between the infrared convection reflow soldering and wavesoldering 26 Figure A.15 – Temperature in the body of the SMD during wave-soldering 27 Table – Moisture soak conditions for non-dry-packed SMDs Table – Moisture soak conditions for dry-packed SMDs (method A) Table – Moisture soak conditions for dry-packed SMDs (method B) 10 Table – SnPb eutectic process – Classification reflow temperatures 11 Table – Pb-free process – Classification reflow temperatures 12 Table – Heating condition for vapour-phase soldering 12 Table – Immersion conditions for wave-soldering 13 Table A.1 – Comparison of actual storage conditions and equivalent moisture soak conditions before soldering heat 18 Table A.2 – Classification profiles 24 LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Figure A.13 – Immersion method into solder bath 26 –4– 60749-20 © IEC:2008 INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION SEMICONDUCTOR DEVICES – MECHANICAL AND CLIMATIC TEST METHODS – Part 20: Resistance of plastic encapsulated SMDs to the combined effect of moisture and soldering heat FOREWORD 2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all interested IEC National Committees 3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National Committees in that sense While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any misinterpretation by any end user 4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications Any divergence between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in the latter 5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any equipment declared to be in conformity with an IEC Publication 6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication 7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC Publications 8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication Use of the referenced publications is indispensable for the correct application of this publication 9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of patent rights IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights International Standard IEC 60749-20 has been prepared by IEC technical committee 47: Semiconductor devices This second edition cancels and replaces the first edition published in 2002 and constitutes a technical revision The main changes are as follows: • to reconcile certain classifications of IEC 60749-20 and those of IPC/JEDEC J-STD-020C; • reference IEC 60749-35 instead of Annex A of IEC 60749-20, Edition 1; • update for lead-free solder; • correct certain errors in the original Edition LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU 1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising all national electrotechnical committees (IEC National Committees) The object of IEC is to promote international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields To this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications, Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC Publication(s)”) Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may participate in this preparatory work International, governmental and nongovernmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation IEC collaborates closely with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two organizations 60749-20 © IEC:2008 –5– The text of this standard is based on the following documents: FDIS Report on voting 47/1989/FDIS 47/2003/RVD Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on voting indicated in the above table This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part A list of all the parts in the IEC 60749 series, under the general title Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods, can be found on the IEC website • • • • reconfirmed, withdrawn, replaced by a revised edition, or amended LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in the data related to the specific publication At this date, the publication will be –6– 60749-20 © IEC:2008 SEMICONDUCTOR DEVICES – MECHANICAL AND CLIMATIC TEST METHODS – Part 20: Resistance of plastic encapsulated SMDs to the combined effect of moisture and soldering heat Scope Normative references The following referenced documents are indispensable for the application of this document For dated references, only the edition cited applies For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies IEC 60068-2-20:2008, Environmental testing – Part 2-20: Tests – Test T: Test methods for solderability and resistance to soldering heat of devices with leads IEC 60749-3, Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods – Part 3: External visual inspection IEC 60749-35, Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods – Part 35: Acoustic microscopy for plastic encapsulated electronic components General description Package cracking and electrical failure in plastic encapsulated SMDs can result when soldering heat raises the vapour pressure of moisture which has been absorbed into SMDs during storage These problems are assessed In this test method, SMDs are evaluated for heat resistance after being soaked in an environment which simulates moisture being absorbed while under storage in a warehouse or dry pack 4.1 Test apparatus and materials Humidity chamber The humidity chamber shall provide an environment complying with the temperature and relative humidity defined in 5.3 4.2 Reflow soldering apparatus The infrared convection, the convection and the vapour-phase reflow soldering apparatus shall provide temperature profiles complying with the conditions of soldering heat defined in 5.4.2 and 5.4.3 The settings of the reflow soldering apparatus shall be adjusted by temperature profiling of the top surface of the specimen while it is undergoing the soldering heat process, measured as shown in Figure LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU This part of IEC 60749 provides a means of assessing the resistance to soldering heat of semiconductors packaged as plastic encapsulated surface mount devices (SMDs) This test is destructive 60749-20 © IEC:2008 –7– Adhesive agent or thin tape Thermocouple Die Lead pins Resin Holder IEC 1746/01 NOTE The adhesive agent or thin tape should have good thermal conductivity 4.3 Holder Unless otherwise detailed in the relevant specification, any board material, such as epoxy fibreglass or polyimide, may be used for the holder The specimen shall be placed on the holder by the usual means and in a position as shown in Figure If the position of the specimen, as shown in Figure 1, necessitates changing the shape of terminations and results in subsequent electrical measurement anomalies, a position that avoids changing the shape of terminations may be chosen, and this shall be specified in the relevant specification 4.4 Wave-soldering apparatus The wave-soldering apparatus shall comply with conditions given in 5.4.4 Molten solder shall usually be flowed 4.5 Solvent for vapour-phase reflow soldering Perfluorocarbon (perfluoroisobutylene) shall be used 4.6 Flux Unless otherwise detailed in the relevant specification, the flux shall consist of 25 % by weight of colophony in 75 % by weight of isopropyl alcohol, both as specified in Annex B of IEC 600682-20:2008 4.7 Solder Solder of composition as specified in Table of IEC 60068-2-20:2008 shall be used Procedure 5.1 5.1.1 Initial measurements Visual inspection Visual inspection, as specified in IEC 60749-3, shall be performed before the test Special attention shall be paid to external cracks and swelling, which will be looked for under a magnification of 40× LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Figure – Method of measuring the temperature profile of a specimen 60749-20 © IEC:2008 –8– 5.1.2 Electrical measurement Electrical testing shall be performed as required by the relevant specification 5.1.3 Internal inspection by acoustic tomography Unless otherwise detailed in the relevant specification, internal cracks and delamination in the specimen shall be inspected by acoustic tomography in accordance with IEC 60749-35 5.2 Drying Unless otherwise detailed in the relevant specification, the specimen shall be baked at 125 °C ± °C for at least 24 h Moisture soak 5.3.1 General Unless otherwise detailed in the relevant specification, moisture soak conditions shall be selected on the basis of the packing method of the specimen (see A.1.1) If baking the specimen before soldering is detailed in the relevant specification, the specimen shall be baked instead of being subject to moisture soak 5.3.2 Conditions for non-dry-packed SMDs The moisture soak condition shall be selected from Table 1, in accordance with the permissible limit of actual storage (see A.1.2.1) Table – Moisture soak conditions for non-dry-packed SMDs Condition Temperature °C Relative humidity % Duration time h Permissible limit on actual storage A1 or B1 85 ± 85 ± 168 ± 24 < 30 °C, 85 % RH RH: Relative humidity NOTE 5.3.3 5.3.3.1 Conditions A1 and B1 indicate moisture soak for non-dry-packed SMDs under either method A or B Moisture soak for dry-packed SMDs General Moisture soak conditions for dry-packed SMDs may be used as specified in method A, Table 2, or method B, Table Moisture soak conditioning for dry-packed SMDs consists of two stages The first stage of conditioning is intended to simulate moisturizing SMDs before opening the dry pack/dry cabinet The second stage of conditioning is to simulate moisturizing SMDs during storage after opening the dry pack for soldering (floor life) Moisture soak conditioning for drypacked SMDs shall be selected from method A or B Method A shall be used when the relative humidity in the dry pack or dry cabinet is specified by the manufacturer as being between 10 % and 30 % Method B shall be used when the relative humidity in the dry pack or dry cabinet is specified by the manufacturer as being below 10 % LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU 5.3 – 42 – 60749-20 © CEI:2008 Annexe A (informative) Précisions et descriptions de la méthode d’essai sur la résistance des CMS btier plastique l’effet combiné de l’humidité et de la chaleur de soudage A.1 A.1.1 Description de l’absorption d’humidité Directives concernant l’absorption d’humidité Lorsque les craquelures du btier sont engendrées par la chaleur de soudage après l’absorption d’humidité des conditions figurant dans le Tableau 1, il est recommandé de mettre les dispositifs sous emballage avec dessicant ou de les stocker dans une atmosphère sèche Si les craquelures sont générées par la chaleur de soudage après l’absorption d’humidité de la méthode A et de la méthode B, il est recommandé d’étuver les CMS avant de les souder sur les cartes imprimées A.1.2 A.1.2.1 Considérations la base des conditions d’absorption d’humidité Description générale de l’absorption d’humidité La présence d’humidité dans les CMS est due la diffusion de vapeur d’eau dans la résine Il est nécessaire de procéder l’examen de la teneur en humidité de la résine, car les craquelures du btier au cours du soudage se produisent au voisinage de l’embase ou de la puce La Figure A.1 présente des exemples de caractéristiques pour l’absorption d’humidité 85 °C et 85 % d’humidité relative Lorsque l’épaisseur de la résine, de la surface inférieure du btier jusqu'à l’embase, est de mm, la Figure A.1 indique qu’il faut plus de 168 h pour obtenir la saturation Les caractéristiques d’absorption d’humidité, telles que celles de la résine de la Figure A.3, présentent une vitesse d’absorption lente qui est néanmoins considérée comme significative La Figure A.1 et les Figures A.4 A.8 représentent les caractéristiques d’absorption de la résine La saturation est nécessaire dans les essais de chaleur de soudage afin de simuler un stockage longue durée, d’un an par exemple, qui a lieu lorsque les CMS sont sous emballage avec dessicant ou placés en entrepôt La vitesse de diffusion de la vapeur d’eau dans la résine dépend uniquement de la température Si l’on considère l’épaisseur de la résine définie la Figure A.2, le temps mis par l’humidité pour arriver saturation 85 °C dépend de l’épaisseur de la résine, comme l’illustre la Figure A.3 Il semblerait que, pour un CMS normal dont l’épaisseur de la résine est comprise entre 0,5 mm et 1,0 mm, un temps d’absorption d'humidité de 168 h soit nécessaire LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Les méthodes A et B d’absorption d’humidité de 5.3 sont destinées être utilisées pour les CMS sous emballage avec dessicant, tandis que les conditions du Tableau sont destinées être utilisées avec des CMS sous emballage sans dessicant qui ont été stockés dans des conditions ambiantes 60749-20 © CEI:2008 – 43 – La teneur en humidité de la résine saturation dépend de la température et de l’humidité relative, comme l’illustre la Figure A.4 L’humidité relative nécessaire pour l'absorption d'humidité peut être déterminée partir de la Figure A.4 (de faỗon, par exemple, faire correspondre la teneur en humidité 85 °C avec la teneur en humidité 30 °C, la température de stockage réelle) Les conditions de l’absorption d'humidité pour les essais de chaleur de soudage dérivent de la Figure A.4, comme l'indique le Tableau A.1 La Figure A.5 illustre la teneur en humidité de la résine la première interface (surface supérieure de la puce ou surface inférieure de l’embase) dans les conditions d'absorption d'humidité et les conditions réelles de stockage 168 h 72 h 48 h 24 h 8h 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Embase Surface arrière du CMS Distance depuis la surface arrière du CMS mm CEI 1749/01 Figure A.1 – Processus de diffusion de l’humidité 85 °C, 85 % HR Pastille Résine a b Embase CEI 750/01 NOTE “ a ” ou “ b ”: la plus grande des deux épaisseurs est définie comme l’épaisseur de la résine; la surface supérieure de la puce ou la surface inférieure de l’embase est définie comme la première interface Figure A.2 – Définition de l’épaisseur de la résine et de la première interface LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Teneur en humidité de la résine mg/cm 10 60749-20 © CEI:2008 Temps pour que la teneur en humidité de la résine la première interface atteigne 95 % h – 44 – 400 300 200 100 0,5 1,5 CEI 1751/01 Figure A.3 – Temps d'absorption d'humidité jusqu’à saturation 85 °C en fonction de l’épaisseur de la résine Conditions de stockage 30 °C Conditions d’absorption d’humidité 85 °C 100 % HR Teneur en humidité de la résine saturation mg/cm 10 Tableau Condition B2 50 % HR Condition A2 30 % HR 0 20 40 60 80 100 Température °C IEC 2201/08 Figure A.4 – Teneur en humidité saturation de la résine en fonction de la température Tableau A.1 – Comparaison entre les conditions réelles de stockage et les conditions d’absorption d’humidité équivalentes avant la chaleur de soudage Conditions Conditions réelles de stockage Humidité relative pour l’absorption d’humidité 85 °C % A2 30 °C max., 30 % HR max 30 ± Tableau 30 °C max., 85 % HR max 85 ± B2 30 °C max., 60 % HR max 60 ± LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Epaisseur de la résine mm 60749-20 © CEI:2008 – 45 – 85 °C, 85 % HR, 168 h 30 °C, 85 % HR, an 85 °C, 60 % HR, 168 h 30 °C, 60 % HR, an 85 °C, 30 % HR, 168 h 30 °C, 30 % HR, an (en condition de stockage en emballage avec dessicant) 0 0,5 Epaisseur de la résine mm 1,5 CEI 1753/01 Figure A.5 – Variation de la teneur en humidité de la résine la première interface en fonction de l’épaisseur de la résine dans des conditions variées d'absorption d'humidité A.1.2.2 Conditionnement pour l’absorption d’humidité – Méthode A La méthode A d’absorption d’humidité donnée au point 5.3.3.2 est fondée sur des conditions où les CMS sont stockés dans un emballage avec dessicant ou dans une armoire sèche pendant une longue durée, dans les conditions autorisées de 30 °C, 30 % HR, pendant un an, et où l’emballage ou l’armoire peuvent être ouverts temporairement, un nombre quelconque de fois, pendant quelques heures la fois, condition que l’indicateur d’humidité précise une HR inférieure 30 % La Figure A.6 illustre le fait que le conditionnement de la première phase A3 et le conditionnement de la seconde phase A2 représentent complètement un environnement non protégé de 30 °C, 70 % HR, 168 h après l’ouverture de l’emballage avec dessicant même si l’emballage avec dessicant se trouve dans une condition défavorable de 30 % HR LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Teneur en humidité de la résine la première interface après absorption d’humidité mg/cm3 10 60749-20 © CEI:2008 – 46 – 10 30 °C, 70 % HR, 168 h après absorption d’humidité de 85 °C, 30 % HR, saturation (condition A3 après condition A2) 30 °C, 70 % HR, 168 h après ouverture de l’emballage avec dessicant 85 °C, 30 % HR, niveau de saturation 30 °C, 30 % HR, an (condition de l’emballage avec dessicant) 0 0,5 1,0 Epaisseur de la résine mm 1,5 CEI 1754/01 Figure A.6 – Variation de la teneur en humidité de la résine la première interface en fonction de l’épaisseur de la résine liée la méthode A d’absorption d’humidité A.1.2.3 Conditionnement pour l’absorption d’humidité – Méthode B La méthode B d'absorption d'humidité donnée en 5.3.3.3 est fondée sur des conditions où les CMS, les réglettes de CI et autres matériaux ont été complètement étuvés immédiatement avant fermeture de l’emballage avec dessicant et où le volume du dessicant séché ajouté au sachet enveloppe assure l’absorption de l’humidité diffusée travers le sachet enveloppe L’intégrité de l’emballage est vérifiée par a) l’utilisation d'indicateurs de contrôle d’humidité in situ d’une sensibilité qui donne l’alerte sur une perte de l’intégrité du sachet enveloppe, et b) la détermination de la teneur en humidité des CMS indiquée l’Article A.2 Le temps d’exposition environnementale inclut le temps entre l’étuvage du CMS et l’encapsulation, le temps durant lequel l’emballage peut être temporairement ouvert chez le distributeur et l’exposition du btier en atelier un environnement non protégé La Figure A.7 illustre la relation calculée entre les conditions de la méthode B et le stockage long terme en conditions d’humidité élevée Cette valeur calculée indique que les conditions B3 B6 présentent des problèmes de corrélation potentiels pour les CMS épais lorsque la teneur en humidité de l’environnement de stockage est supérieure 10 % Dans les CMS dont l’épaisseur entre l’interface et l’extérieur du btier est supérieure mm, les conditions B3 B6 ne sont pas plus sévères que 30 °C, 10 % HR, pour un an de stockage Par conséquent, si l’on considère qu’une condition de saturation de 10 % HR l’interface a un effet significatif sur la résistance la brasure par refusion, les CMS épais évalués avec les conditions de la méthode B doivent être stockés dans des conditions inférieures 10 % HR La Figure A.8 donne un exemple montrant comment la teneur en humidité calculée de l’interface des produits soumis aux essais de la condition B peut ne pas reproduire de faỗon adộquate la teneur en humidité de l’interface calculée pour les environnements les plus utilisés dont la teneur en humidité est supérieure 10 % LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Teneur en humidité de la résine la première interface mg/cm 60749-20 © CEI:2008 – 47 – 10 B3: 30 °C, 60 % HR, 192 h après étuvage complet B4: 30 °C, 60 % HR, 96 h après étuvage complet Teneur en humidité de la résine la première interface mg/cm B5: 30 °C, 60 % HR, 72 h après étuvage complet B5a: 30 °C, 60 % HR, 48 h après étuvage complet B6: 30 °C, 60 % HR, h après étuvage complet B6 B5a B5 B4 B3 30 °C, 20 % HR, an 30 °C, 10 % HR, an 0 1,0 0,5 1,5 Epaisseur de la résine mm CEI 1755/01 Figure A.7 – Variation de la teneur en humidité de la résine la première interface, en fonction de l’épaisseur de la résine liée la méthode B d’absorption d’humidité 10 a: 30 °C, 60 % HR, 192 h après étuvage complet (environnement non protégé de condition B3) b: 30 °C, 60 % RH, 192 h après étuvage complet (condition B3) Teneur en humidité de la résine la première interface mg/cm c: 30 °C, 60 % RH, 168 h après stockage 30 °C, 10 % HR, an d: 30 °C, 60 % HR, 168 h après stockage 30 °C, 20 % HR, an e: 30 °C, 60 % HR, 168 h après stockage 30 °C, 30 % HR, an e 30 °C, 30 % HR, an d 30 °C, 20 % HR, an c a 30 °C, 10 % HR, an b 0 0,5 1,0 Epaisseur de la résine mm 1,5 CEI 1756/01 Figure A.8 – Variation de la teneur en humidité de la résine la première interface en fonction de l’épaisseur de la résine liée la condition B2 de la méthode B d'absorption d'humidité LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU 30 °C, 30 % HR, an – 48 – A.2 60749-20 © CEI:2008 Procédure pour la mesure de la teneur en humidité La teneur en humidité contenue dans un composant («Moisture content of a device» (MCD)) est souvent utilisée pour indiquer la teneur en humidité des CMS La mesure de la MCD doit, cependant, être employée avec prudence pour les raisons suivantes: – lorsque l'absorption d'humidité n’aboutit pas la saturation, la teneur en humidité de la résine la première interface n’est pas représentative, car la répartition de l'humidité dans les CMS peut être variable Par exemple, la surface du CMS peut contenir un niveau élevé d’humidité, tandis que la partie interne du composant est sèche, et inversement; – taux d’humidité égal, la teneur en humidité contenue dans le composant (MCD) variera selon le pourcentage de résine qu’il contient – le composant est pesé avec une précision de 0,1 mg par composant (x); – le composant est séché pendant 24 h 150 °C ou pendant 48 h 125 °C, selon la valeur maximale absolue de température de stockage autorisée dans la spécification applicable; – le composant refroidit jusqu'à la température ambiante pendant 30 ± 10 min; – le composant est nouveau pesé (y); – la teneur en humidité contenue dans le composant (MCD) est calculée au moyen de l’équation suivante: MCD = 100 ( A.3 A.3.1 A.3.1.1 x−y )% y Méthodes de chaleur de soudage Profil de température du brasage par refusion par convection infrarouge et par convection Méthode A, profils de temps-température Les profils de température de chauffage de soudure, dont le temps de soudage est plus court que celui de la méthode B, spécifiés en 5.4.2, doivent être réalisés selon le profil de température de la Figure A.9 et de la Figure A.10 (où T p , la température de crête du corps de btier, est la plus haute température qu’un corps de btier individuel atteigne au cours des essais du niveau de sensibilité l’humidité, et t p est le temps nécessaire pour atteindre la température entre T p et T p −5 °C) En soudage réel, afin d’obtenir un soudage correct, la température du joint de soudure nécessite un contrôle Par ailleurs, étant donné que les dommages liés au chauffage, subis par le semiconducteur, dépendent de la température du corps du semiconducteur, cela nécessite un contrôle de la température du corps pour l’essai de chaleur de soudage Étant donné qu’un semiconducteur de grande taille comporte une grande capacité thermique, un échauffement du corps au cours d’un soudage réel ne se produit pas facilement, et sachant qu’un semiconducteur de petite taille a une petite capacité thermique, un échauffement a facilement tendance se produire De ce fait, comme le montre le Tableau ou le Tableau 5, il est nécessaire de modifier les conditions de température en fonction de la taille du corps du semiconducteur LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU La mesure de la teneur en humidité contenue dans un composant est effectuée comme suit: 60749-20 © CEI:2008 – 49 – Température (±3) s Tp ( +0 ) –5 Tp –5 °C 160 °C 140 °C min Temps Figure A.9 – Profil de température du brasage par refusion par convection infrarouge et par convection pour assemblage eutectique Sn-Pb Température Tp ( +6 )s –0 ( +5 ) –0 Tp –5 °C 190 °C 160 °C min Temps IEC 2203/08 Figure A.10 – Profil de température du brasage par refusion par convection infrarouge et par convection pour assemblage sans plomb LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU IEC 2202/08 60749-20 © CEI:2008 – 50 – A.3.1.2 Méthode B, profils de temps-température Tableau A.2 – Profils de classification Caractéristique du profil Vitesse de constitution des conditions d'essais Assemblage eutectique Sn-Pb Assemblage sans plomb °C s –1 max °C s –1 max 100 °C 150 °C 150 °C 200 °C 60 s - 120 s 60-120 s 183 °C 217 °C 60 s – 150 s 60 s – 150 s ( T smax T p ) Préchauffage Température ( T smin) Température max (T smax ) Temps maintenu supérieur à: Température ( T L ) Temps ( t L ) Température maximale du corps du btier ( T p ) Temps ( t p ) a ° C de la température de la classification spécifiée ( T c ), voir la Figure A.11 Vitesse de retour aux conditions initiales ( T p T smax ) Temps nécessaire pour passer de 25 °C la température de crête Pour les utilisateurs, il ne faut pas que T p dépasse la température de classification du Tableau Pour les utilisateurs, il ne faut pas que T p dépasse la température de classification du Tableau Pour les fournisseurs, il faut que T p soit égale ou supérieure la température de classification du Tableau Pour les fournisseurs, il faut que T p soit égale ou supérieure la température de classification du Tableau 20 s a 30 s a °C s –1 max °C s –1 max max max NOTE La température ( T smin ) est la température au début du préchauffage La température max ( T smax ) est la température la fin du préchauffage avant la rampe t s est le temps nécessaire pour chauffer en passant de T smin T smax NOTE L’orientation live-bug (broches en bas) est un terme utilisé pour décrire l’orientation du btier reposant sur ses pattes L’orientation dead-bug (pattes en l’air) est un terme utilisé pour décrire l’orientation du btier dont les pattes sont face dessus NOTE Toutes les températures se réfèrent au centre du btier, mesurées sur la surface du corps du btier qui est face vers le haut au cours de la refusion d’assemblage, par exemple, live-bug (broches en bas) Si des parties sont refondues autrement que selon l’orientation normale live-bug (broches en bas) de refusion d’assemblage, c’est-à-dire dead-bug (pattes en l’air), il convient que T p se situe ± °C de la T p de live bug et satisfasse toujours aux exigences de T c , sinon il convient de régler le profil pour atteindre celles-ci NOTE Les profils de refusion de ce document sont destinés la classification/au préconditionnement et ne sont pas prévus pour spécifier les profils d’assemblage de cartes Il convient de développer des profils réels d’assemblage de cartes en se fondant sur les nécessités spécifiques des procédés et sur les conceptions spécifiques de cartes et, cet effet, il convient de ne pas dépasser les paramètres de ce tableau Par exemple, si T c est de 260 °C et le temps t p est de 30 s, cela signifie pour le fournisseur et l’utilisateur: Pour le fournisseur: il convient que la température de crête soit d’au moins 260 °C Au-dessus de 255 °C, il convient que le temps soit d’au moins 30 s Pour un utilisateur: il convient que la température de crête ne dépasse pas 260 °C Au-dessus de 255 °C, il convient que le temps ne dépasse pas 30 s NOTE Il convient que tous les composants de la charge d’essai satisfassent aux exigences de profils de classification a La tolérance pour t p est définie comme un minimum du fournisseur et un maximum de l’utilisateur LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Temps ( T smin T smax ) ( t s ) 60749-20 © CEI:2008 – 51 – Tp Tc –5°C Plage de rampe TL tL Zone de préchauffage Tsmax Température Ts 25 Temps pour passer de 25 °C crête Temps IEC 2204/08 Figure A.11 – Profil de classification A.3.2 Profil de température du brasage en phase vapeur Le chauffage de la soudure utilisant le brasage en phase vapeur spécifié en 5.4.3 doit être exécuté selon le profil de température illustré la Figure A.12 40 s ± s Température 215 °C ± °C 100 °C 160 °C min Temps CEI 759/01 Figure A.12 – Profil de température du brasage en phase vapeur (condition II-A) A.3.3 Méthode de chauffage par brasage la vague La méthode d’immersion dans un bain de soudure illustrée la Figure A.13 ne correspond pas exactement aux critères de brasage la vague réel, parce que la soudure fondue n’entre pas dans l’espace entre la carte imprimée et le corps des CMS au cours du brasage la vague réel En conséquence, la température du CMS au cours du brasage la vague réel est inférieure la température obtenue durant la méthode d’immersion dans un bain de soudure Lorsque la méthode d’immersion est exécutée pour les CI et les LSI ayant une grande capacité thermique, la température du corps du dispositif devient de 10 °C 80 °C supérieure celle LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Tsmin 60749-20 © CEI:2008 – 52 – résultant de la méthode de brasage la vague Lorsque les CMS sont de grande taille, tels que les QFP ou les QFJ, l’écart peut atteindre entre 50 °C et 80 °C En conséquence, la méthode de brasage la vague illustrée la Figure doit être réalisée au cours de l’essai de chaleur de soudage Les craquelures de btier sont générées par un échauffement rapide la première interface au cours du chauffage de la soudure Support Bain de soudure Soudure fondue CEI 1760/01 Figure A.13 – Méthode d’immersion dans un bain de soudure 260 250 Brasage par refusion par convection IR et par convection (235 °C et 10 s) Température de crête la première interface °C 240 230 220 210 200 Brasage par fusion par convection IR et par convection (220 °C et 10 s) Brasage la vague (condition III-B) 190 180 1,5 2,5 Epaisseur des CMS mm 3,5 CEI 1761/01 Figure A.14 – Relation entre le brasage par refusion par convection infrarouge et le brasage la vague LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU La Figure A.14 illustre la relation entre l’épaisseur du corps du CMS et la température de crête la première interface sous chaque type de chauffage de soudure Dans les CMS ayant une élévation (hauteur entre le bas du corps du CMS et le bas de la broche) de moins de 0,5 mm (à l’exclusion des CMS de résistance thermique inférieure possédant un dissipateur), si l’épaisseur du corps du CMS dépasse 2,0 mm et le chauffage de la soudure selon les méthodes A et B est utilisé, la méthode de brasage la vague peut ờtre omise De la mờme faỗon, lorsque lộpaisseur dépasse 3,0 mm et le chauffage de la soudure des méthodes A et B est utilisé, la méthode de brasage la vague peut aussi être omise Dans le cas des CMS ayant une élévation dépassant 0,5 mm (voir Figure A.15) ou possédant un dissipateur, le brasage la vague ne peut pas être omis parce que la température de leur corps est supérieure celle indiquée la Figure A.14 60749-20 © CEI:2008 Carte imprimée – 53 – Elévation inférieure La soudure fondue entre dans l’espace CEI 1762/01 CEI 1763/01 Figure A.15b – Supérieure Le différentiel de température du CMS est dépendant de la hauteur de l’élévation Figure A.15 – Température dans le corps du CMS durant le brasage la vague _ LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU Figure A.15a – Inférieure NOTE Elévation supérieure Soudure fondue Soudure fondue La soudure fondue n’entre pas dans l’espace Carte imprimée LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU ELECTROTECHNICAL COMMISSION 3, rue de Varembé PO Box 131 CH-1211 Geneva 20 Switzerland Tel: + 41 22 919 02 11 Fax: + 41 22 919 03 00 info@iec.ch www.iec.ch LICENSED TO MECON Limited - RANCHI/BANGALORE FOR INTERNAL USE AT THIS LOCATION ONLY, SUPPLIED BY BOOK SUPPLY BUREAU INTERNATIONAL