当塑料封装的微电路在装配层等待被安装在印刷电路板(PCB)时，经常会吸收环境中的湿气。水分子渗透到塑模内部并停留在材料的介面上，例如塑模与晶片或塑模与金属导线架之间的介面。水分子也可能停留在晶片与晶片焊垫的封装材料中。

　　在回流焊过程中，封装元件内部的湿气温度可能达到沸点，并在瞬间变成蒸汽，甚至使其体积增加超过1,600倍。由此产生的水份体积突然增加可能导致封装元件内部裂开等异常现象。由于这会在电路板上发出像爆玉米花般的‘啪声，因而这种现象经常被称为‘爆板’。

　　这些异常情况多数不会立即导致电气故障。但在该元件的厂房生命週期，这些间隙型的异常可能会产生集中水份和污染物并渗透到塑料内部的情形。裂缝的大小在经过简单的热循环后会增加。有些异常最终还会因为破坏某处连接而导致意想不到的电气故障。

表1：八个湿度敏感等级的厂房生命週期、条件和浸泡要求。

　　结合IPC/JEDEC标準的020条款是专为防止装配过程中湿气摄入和回流的损坏造成未来电力故障或其他可靠性问题而编写的。最新的IPC/JEDEC J-STD 020D.1版本根据元件在摄入足够水份以前于组装环境中所花的时间，以及导致回流过程中异常出现的情况，将塑料封装元件分为八类。第1级元件可在温度高达30℃以及相对湿度高达85%的条件下无限制地暴露在装配环境中，有效抵制水份的摄入。其他七个级别同样处于30℃的温度限制，但在标籤上註明的曝光时间则从1年降低至数小时。根据湿度敏感等级(MSL)来处理元件，能够大幅减少由于内部结构异常所造成的现场故障次数。

　　因为设计、材料和封装过程都会影响元件的评级，每一种类型元件的MSL是经由实验决定的。要确定MSL对于特定的元件类型，工程师可依照以下顺序：

　　1、一批特定规格的元件经由声学显微镜成像来确定元件是否包含任何现有裂纹、脱层或其他封装异常。Sonoscan多年来与IPC和JEDEC密切合作，透过声学成像细节来决定MSL。内部异常在元件製造过程就能看出来。

　　2、经由烘烤元件，消除任何塬有的水份。

　　3、元件按依表1中的排程进行‘浸泡’ 。还有一种针对2A到5A湿度等级加速浸泡时间的替代方案。

　　4、将元件鬆散置放于一个乾净且乾燥的浅容器内，元件彼此之间不相互接触。印刷元件必须经过叁次模拟回流焊，因为印刷电路板的两面将会进行两次回流焊，而且以后还可能经歷反覆的极端温度来更换发生故障的元件。

　　5、元件从容器中取出后进行电测试，这项测试仅在确定元件是否还具有电活性。

　　6、接着为该元件进行二次声学成像，非破坏性地观察在回流焊过程中出现的任何异常，以及先前存在的异常是否增大。

　　7、如果声学影像显示一组元件未能通过020的标準，那么就是MSL不合格元件。声影像也可以用来作为元件的实体切片指南，以便进行进一步的分析验证。

　　使用这个步骤，并在需要时改变浸泡时间，工程师能够确定MSL和厂房寿命，也就是一个特定元件可安全地暴露于组装产线环境中的时间。

　　第二个联合标準J-STD- 033B，“湿度/回流敏感表面贴装元件的运输和使用”，阐述了在组装线之前以及在组装时如何处理元件的细节。例如，如何正确使用防潮袋(MBB)和湿度指示卡(HIC)的。它还解释如何根据其MSL暂停或调整重设元件的‘厂房生命时间’。

　　在J-SED-020D建立湿度敏感等级时，可利用声学成像看到元件内部，因为高频率对间隙式缺陷极为敏感。裂纹、脱层、孔隙和剥离都是间隙型的缺陷，声学显微镜能够比其它无损检测技术更精确地成像。

　　如Sonoscan公司开发的声学显微镜C-SAM系统，利用扫描转换器将脉衝超音送入一个元件，然后在几万分之一秒后接收返回声波。换能器的横向速度高达1m/sec ，结合元件材料的高速超音波，则可接受每秒数千次的脉衝迴声。

　　超音波脉衝可能遇到两种固体的介面，如成型模料和导线架之间的介面。在这种情况下，超音波的一部分被反射回来，另一部分跨越介面并进入更深的材料。迴声在两个固体之间的介面预期振幅可以从两种固体的密度和声速来计算。在灰阶声像图中，从固体之间介面反射回波的範围从浅灰色到深灰色。

　　而造成间隙不同的塬因在于其以气体(空气)或真空填充。当超音波脉衝到达间隙(裂纹、脱层、孔隙或未键合)时，例如遇到一个固体(如成型模料)和气体之间的介面时，这两种材料的声学特性是如此不同，99.99%的超音被反射回来。即使间隙薄如200埃，反射也是>99.99% 。基本上没有一个超音波能穿过空隙。

　　对元件进行声学成像的工程师在经过叁次回流焊后经常发现：一、能通过电性测试，但;二、有多个或大量裂纹等内部结构异常存在。这些元件中存在一个长期的可靠性问题，因为他们虽然此时可正常运作，但可能在使用过程中失效。

　　在回流焊过程中，由湿气瞬间变成水蒸气而造成的间隙，几乎发生在元件的任何部位，但最常见于以下这些材料介面上：成型模料至晶片表面、成型模料至晶片焊垫的上面与底部、成型模料至接脚，以及晶片焊接至晶片底部与晶片焊垫之间。

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　　如果声学扫瞄影像发现与焊线、焊球或者楔形焊相交时的内部裂纹，JEDEC的J-STD 020D.1第6.1.c条将会把元件归类为不合格。这个定义包括在晶片表面的间隙型瑕疪以及晶片焊垫顶部存在下焊线。晶片表面脱层更值得注意，因为脱层会持续扩大，因此，所有显示晶片脱层的元件都是不合格的。

　　第6.1.d把任何内部裂纹从接脚延伸到任何其他内部结构(接脚、晶片、晶片焊垫)归类为失败的。通常这种缺陷是一个小裂缝连接到两个相邻的引角，但更大的裂痕可能达到晶片或晶片焊垫。图2中两处(箭头)裂纹与相邻引角连接。晶片周围焊垫也与成型模料剥离。

　　图2：塑料封装元件的声学影像图，其中两个缝隙(箭头处)在相邻引角间形成通道的。围绕晶片的晶片焊垫也剥离了。

　　第6.1.3把超过2/3来自任何内部结构到内部封装的内在裂缝归类为不合格。通常这意味着裂缝已经扩展到成型模料以及元件顶部。其来源是可能在晶片附着和裂纹部分可以沿着材料介面蔓延。扩展这种裂纹将打开晶片和外部环境之间的直接通路。这是回流焊过程中非常典型的‘爆板’裂缝损坏。

　　爆板缺陷曾经是MSL测试过程中最常见的缺陷之一，如今在大幅改善材料和製造后，已经显着减少‘爆板’裂纹的发生了。

　　有些缺陷则取决于封装设计。Sonoscan总部的SonoLab观察到尺寸较小的晶片在较大的晶片焊垫上可能遇到成型模料从晶片焊垫上脱层。在这种情况下，晶片被向上拉动。当晶片焊垫仅稍大于晶片时，分层不是那么频繁，因为焊垫收集湿气的面积较小。

　　此外，设计师也可以改变晶片焊垫的设计，以尽量避免问题发生。图3是具有凹点以改善粘附性的晶片焊垫的背面的声学影象图。大部份的凹陷是红色，表示其间不存在键合。由于其位于晶片的背面，这些脱胶情形可能并不重要的，但在焊垫右侧和下方的裂纹(箭头处)是垂直裂纹(箭头处)，从晶片焊垫向上延伸，这意味着它们很可能与导线相交。

　　图3：背面声学影像图，该元件的晶片焊垫上有凹点以避免缺陷──大部分凹点以红色表示缺陷。箭头处表示裂缝垂直向上延伸至外部封装。

　　图2和图3显示两种内部缺陷类型，这些缺陷可能回流焊后被发现，并可能导致将来的早期失效。J-STD-020和J-STD -033的目的是PCB组装过程中防止损坏元件，以确保可靠性。