應(yīng)用PDCA實現(xiàn)濕度敏感器件的有效控制

胡德春，夏葉峰

（上海貝爾股份有限公司，上海 201206）

1 引言

電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用使人們對電子產(chǎn)品可靠性的要求也在不斷提高；同時電子元器件小型化、集成化和封裝技術(shù)的革新使得濕敏器件的應(yīng)用越來越廣泛，所有這些使得電子產(chǎn)品制造行業(yè)中MSD問題越來越突出，已經(jīng)成為影響產(chǎn)品可靠性的重要因素。相對于電子產(chǎn)品制造過程中ESD的認(rèn)識和防護，企業(yè)普遍都對MSD問題缺乏理解和有效控制。

作者在審核多家SMT制造工廠過程中發(fā)現(xiàn)，企業(yè)在MSD控制中存在很多問題，主要集中在以下幾點：（1）MSD控制程序文件不符合MSD控制標(biāo)準(zhǔn)J-STD-033B，程序文件過于簡單，對MSD的作業(yè)、運輸、存儲和包裝沒有詳細定義；（2）材料倉庫中MSD器件與其他器件混放在一起；（3）MSD暴露在空氣中，沒有真空封裝；（4）SMT流水線開封的MSD包裝上沒有粘貼MSD管控標(biāo)簽；（5）存放MSD器件的干燥箱，溫度和濕度超標(biāo)；（6）SMT車間環(huán)境的溫度和濕度沒有監(jiān)控的記錄；（7）缺少濕敏器件的清單；（8）相關(guān)員工沒有MSD的培訓(xùn)記錄。所有這些問題都折射出企業(yè)在MSD管控過程中的缺陷和不足，制造出的產(chǎn)品會存在MSD失效的風(fēng)險，直接影響產(chǎn)品的可靠性。

針對企業(yè)在MSD控制中存在的問題，可以應(yīng)用PDCA循環(huán)全面質(zhì)量管理的思路，來實現(xiàn)對MSD的有效控制，PDCA循環(huán)的原則即策劃（Plan）、實施（Do）、檢查（Check）、處置（Act）；具體可以分四個階段來實施：第一階段：策劃MSD的質(zhì)量控制，即根據(jù)J-STD-033B制定公司MSD控制的程序文件，在材料管理系統(tǒng)中增加材料MSD的等級，制定MSD知識的培訓(xùn)計劃；第二階段：實施MSD質(zhì)量控制，依據(jù)MSD控制的程序文件定義的MSD失效預(yù)防措施在整個制造流程中嚴(yán)格執(zhí)行；第三階段：檢查MSD的質(zhì)量控制，通過質(zhì)量人員的巡查和定期的MSD審核來檢查MSD控制的落實情況；第四階段：MSD質(zhì)量控制的處置，總結(jié)MSD控制成功的經(jīng)驗，實施管理流程的標(biāo)準(zhǔn)化。

2 策劃MSD的質(zhì)量控制

做好MSD的失效控制，首先要有專業(yè)的工程師，根據(jù)MSD控制標(biāo)準(zhǔn)J-STD-033B生成公司一級的程序文件，這份MSD控制程序文件需要詳細定義整個生產(chǎn)制程的MSD管控措施，包含：

（1）環(huán)境溫度濕度監(jiān)控規(guī)范，環(huán)境溫度濕度監(jiān)控的區(qū)域有MSD材料倉庫、SMT區(qū)域、功能測試區(qū)域和電子產(chǎn)品維修區(qū)域，由于MSD器件車間壽命隨著環(huán)境的溫濕度變化呈現(xiàn)函數(shù)曲線的變化，通常環(huán)境的溫濕度定義為≤30℃/60%RH(相對濕度)。

（2）濕敏器件清單，在審核中發(fā)現(xiàn)很多PCB制造企業(yè)沒有濕敏器件清單，他們對MSD器件的控制是基于來料的包裝信息，如果來料包裝信息上沒有MSD警示標(biāo)簽或標(biāo)明MSD等級，材料控制員就把該材料當(dāng)作非MSD器件處理，這樣就會存在很大的風(fēng)險。所以，完整的濕敏器件清單對有效控制濕度敏感器件是必要條件。企業(yè)首先要建立一份完整的濕敏器件清單，在濕敏器件清單上不可少的信息是MSL（濕敏等級），在新器件導(dǎo)入時就要識別出該器件是否是濕敏器件，MSL是多少，同時在材料管理系統(tǒng)中標(biāo)注濕敏等級。濕敏器件從入庫那一刻起就要做好控制。

（3）詳細定義濕度敏感器件（MSD）的來料檢驗、使用、儲存、封裝、烘烤作業(yè)細則，規(guī)范MSD在整個制造流程中的管制要求，確保MSD得到有效的管理。

（4）濕敏器件控制標(biāo)簽，定義標(biāo)簽的樣式，用于在發(fā)料或生產(chǎn)過程中追蹤記錄濕敏器件的暴露時間。

（5）烘烤管制記錄表，定義烘烤管制記錄表的樣式和烘烤條件及要求。

（6）干燥箱的溫濕度檢查表，定義干燥箱的溫濕度檢查表樣式和要求，要求是每天點檢干燥箱的溫濕度，干燥箱要求可以維持內(nèi)部環(huán)境在25±5℃，且濕度≤10%RH。有可能用到氮氣或干燥氣體。

（7）定義MSD控制過程中出現(xiàn)異常的處理流程，當(dāng)車間環(huán)境溫濕度超標(biāo)、干燥箱的溫濕度出現(xiàn)異常以及其他異常情況出現(xiàn)時如何處理。MSD程序文件是指導(dǎo)企業(yè)進行MSD管控的綱領(lǐng)性文件，需要全面系統(tǒng)地定義每一個控制環(huán)節(jié)。其次，在MSD程序文件指導(dǎo)之后，要做好員工的培訓(xùn)計劃，要對所有直接接觸MSD器件的員工進行培訓(xùn)，像材料倉庫的人員、SMT操作人員、維修人員、質(zhì)量人員等，培訓(xùn)MSD的程序文件和MSD的基礎(chǔ)知識。

3 實施MSD質(zhì)量控制

MSD的控制最關(guān)鍵的是過程控制，嚴(yán)格按照MSD程序文件定義的要求來執(zhí)行：

3.1 MSD來料檢驗

首先根據(jù)對比來料的材料Code號和材料系統(tǒng)中的MSD信息，判定該材料是否是MSD材料，確認(rèn)MSD器件的濕敏等級，根據(jù)不同的MSL來檢驗包裝信息，檢驗的內(nèi)容有：（1）真空包裝有無漏氣，有無破損；（2）有無警示標(biāo)貼，2～6級器件都需要警告標(biāo)示貼；（3）真空包裝有無超過標(biāo)貼上規(guī)定的有效期限；（4）根據(jù)濕敏等級對照表1[1]，確認(rèn)包裝信 息是否完整。

表1 干燥包裝要求

3.2 MSD拆封使用

MSD器件被密封包裝在MBB（防潮包裝袋）中，MBB包裝由干燥劑、HIC（濕度指示卡）、MSD（濕敏器件）三部分組成，對于MSL為2級以上（包括2級）的MSD，拆封時首先查看真空包裝內(nèi)濕度指示卡顯示的受潮程度：如果濕度指示卡指示袋內(nèi)濕度已達到或超過需要烘烤的濕度界限，則需烘烤后再發(fā)料生產(chǎn)，如果外包裝袋破損漏氣，不管濕度指示卡（HIC）是否超標(biāo)，都需要烘烤處理，濕度指示卡至少包含5%RH、10%RH兩個色彩指示點，如圖1[1]所示。

圖1 濕度指示卡

干燥包裝中5%RH色彩指示點變?yōu)榉奂t色，立即重新替換活性干燥劑并密封包裝或放入干燥箱中保存；干燥包裝中10%RH色彩指示點變?yōu)榉奂t色，MSD需烘烤處理后重新密封包裝或放入干燥箱中保存；干燥包裝中60%RH色彩指示點變?yōu)榉奂t色，MSD需烘烤處理后重新密封包裝或放入干燥箱中保存。

倉管員確認(rèn)MSD器件的管控等級和受潮狀況，拆封后應(yīng)立即填寫《濕敏器件控制標(biāo)簽》（如圖2），貼于該包裝上以便跟蹤MSD器件的Floor Life（器件車間壽命）。表2為30℃/60%RH的條件內(nèi)不同濕敏級別器件的Floor Life。

圖2 濕敏器件控制標(biāo)簽

表2 濕敏等級和車間壽命

對于已經(jīng)拆封并重新真空包裝過的MSD器件，生產(chǎn)時優(yōu)先發(fā)與生產(chǎn)線使用。對于包裝完好的未開封MSD器件如果不立即生產(chǎn)不要拆包裝，在生產(chǎn)線上開封后應(yīng)及時投入生產(chǎn)，并將打開時間記錄在MSD器件控制標(biāo)簽上。SMT對濕敏器件一次拆封數(shù)量不能太多，應(yīng)該遵循少量多次原則進行拆封，最大程度減少濕敏器件暴露在空氣中的時間。

3.3 MSD烘烤控制

對開封后已超過車間壽命要求2a級以上的MSD器件在進行使用以及再次真空包裝之前必須對其依照J(rèn)-STD-033B 標(biāo)準(zhǔn)（見表3）[1]進行烘烤；對開封后未超過暴露期限的MSD器件如需重新真空包裝時，必須對其按規(guī)定進行烘烤；對開封后發(fā)現(xiàn)濕度指示卡顯示為濕度已達到或超過需要烘烤的濕度界限情況下的MSD器件，必須按規(guī)定進行烘烤后才可使用。

經(jīng)烘烤后的MSD器件車間壽命從0開始計算，MSD器件進行烘烤時的注意事項有：（1）在低溫載體內(nèi)包裝的MSD器件（如Tube管、低溫Tray盤、Tape& Reel等卷帶包裝）不能在超過40℃的溫度下烘烤。如果一定要在高溫下烘烤，則必須把器件從低溫載體內(nèi)轉(zhuǎn)移到高溫載體內(nèi)，烘烤完之后再轉(zhuǎn)移到低溫載體。（2）除非有供應(yīng)商的特殊標(biāo)注，MSD器件的高溫載體（如高溫Tray盤）可以在125℃溫度下進行烘烤；（3）濕度敏感等級6級的MSD器件，在使用前必須經(jīng)過烘烤。（4）在125℃高溫烘烤之前要移除包裝的紙、塑料袋等。（5）控制烘烤的溫度和時間。（6）在烘烤時及操作過程中注意靜電防護。（7）每次MSD器件烘烤都必須填寫《濕敏器件控制標(biāo)簽》跟蹤烘烤及儲存狀態(tài)。烘烤后的MSD按器件可參考供應(yīng)商原包裝，對烘烤后的MSD實行真空密 閉包裝或放入防潮箱保存。

表3 MSD烘烤條件

3.4 MSD存儲及封裝

在SMT生產(chǎn)線或維修區(qū)域，已經(jīng)拆封未使用完的MSD器件需要保存在干燥箱內(nèi)或退回倉庫進行烘烤后再重新包裝。干燥箱環(huán)境條件需滿足20℃≤T≤30℃，≤10%RH，放入干燥箱中的所有MSD需填寫《濕敏器件控制標(biāo)簽》，放入干燥箱后車間壽命凍結(jié)，每次取出都需要計算車間剩余壽命并填寫該標(biāo)簽，該標(biāo)簽用于全面監(jiān)控MSD在生產(chǎn)流程中的暴露時間，車間壽命標(biāo)準(zhǔn)依照表2執(zhí)行。若干燥箱環(huán)境超出管控范圍，需要立即通知相關(guān)工程師進行處理。

對于拆封后需要重新真空包裝的MSD，包裝袋必須是特制的專門放置濕度敏感器件的包裝袋，將濕度敏感器件、干燥劑和濕度指示卡（所有色帶必須是藍色）放入包裝袋中，使用真空包裝機將袋子密封起來，在密封之前，MSL 2a-5a的MSD器件必須進行干燥處理，包裝袋有穿孔或真空泄露的禁止使用。包裝后要在包裝袋外表面貼上《濕敏器件控制標(biāo)簽》，該標(biāo)簽隨MSD物料移動統(tǒng)計總的暴露時間。

4 檢查MSD的質(zhì)量控制

MSD的質(zhì)量控制是持續(xù)的過程控制，除了前面的MSD質(zhì)量控制的策劃和實施之外，還需要對整個制程中所涉及到MSD器件的檢驗、儲存、領(lǐng)用、使用、退庫等工序的管控進行監(jiān)督控制。對MSD質(zhì)量控制的檢查可以分三個層面來進行：第一層，日常的監(jiān)控，依據(jù)MSD程序文件，每天點檢環(huán)境（倉庫、SMT車間、維修車間）和干燥箱的溫濕度，并記錄每天的溫度和濕度數(shù)值，如有異常及時報告相關(guān)部門進行處理。IPQC每天巡檢，檢查倉庫和SMT生產(chǎn)線員工是否按照MSD程序文件要求進行操作，例如重新封裝的MSD包裝是否符合要求，拆封的MSD器件有沒有貼MSD控制標(biāo)簽、MSD標(biāo)簽的填寫是否規(guī)范完整，MSD暴露時間是否超出標(biāo)準(zhǔn)定義的時間，器件的烘烤是否按照文件的要求進行操作并記錄等。第二層，把對MSD的檢查納入公司的內(nèi)部審核，擬定相應(yīng)的檢查項目，定期進行檢查和監(jiān)督，對發(fā)現(xiàn)的問題進行整改和跟蹤。第三層，通過外部審核和客戶的審核，來檢查MSD質(zhì)量控制環(huán)節(jié)的不足，通過客戶的審核來促進MSD質(zhì)量控制流程的改進。

5 MSD質(zhì)量控制的處置

通過前面對MSD質(zhì)量控制的策劃、實施和檢查，對MSD控制的程序文件和相關(guān)的操作文件（例如《環(huán)境溫度濕度監(jiān)控規(guī)范》、《濕敏器件清單》、《干燥箱溫濕度檢查表》、《濕敏器件控制標(biāo)簽》、《烘烤管制記錄表》以及和MSD質(zhì)量控制相關(guān)的各崗位作業(yè)指導(dǎo)書）進行不斷的改進和完善，對MSD控制的成功經(jīng)驗進行總結(jié)并形成相關(guān)的文件，實現(xiàn)MSD控制流程的標(biāo)準(zhǔn)化。

6 總結(jié)

伴隨電子產(chǎn)品的普及應(yīng)用和對電子產(chǎn)品可靠性的高要求。對MSD的質(zhì)量控制越來越重要。對MSD的控制手段和控制方法可能有多種，但是應(yīng)用PDCA循環(huán)能實現(xiàn)對MSD控制過程的持續(xù)改進和提高，從而實現(xiàn)對濕度敏感器件的有效控制。

[1]IPC/JEDEC J-STD-033B[S].October 2005.