DIN EN 60749-39-2007 Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 39 Measurement of moisture diffusivity and water solubility in organic materials used for s.pdf

1、Januar 2007DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 31.2

2、40!,pxC“9778532www.din.deDDIN EN 60749-39Halbleiterbauelemente Mechanische und klimatische Prfverfahren Teil 39: Messung des Feuchtediffusionskoeffizienten und derWasserlslichkeit in organischen Werkstoffen, welche beiHalbleiter-Komponenten verwendet werden (IEC 60749-39:2006);Deutsche Fassung EN 60

3、749-39:2006Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 39: Measurement of moisture diffusivity and water solubility in organic materials usedfor semiconductor components (IEC 60749-39:2006);German version EN 60749-39:2006Dispositifs semiconducteurs Mthodes dessais mcaniques et cl

4、imatiques Partie 39: Mesure de la diffusion dhumidit et de lhydrosolubilit dans les matriauxorganiques utiliss dans les composants semiconducteurs (CEI 60749-39:2006);Version allemande EN 60749-39:2006Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 10 SeitenDI

5、N EN 60749-39:2007-01 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2006-08-01 angenommene EN 60749-39 gilt als DIN-Norm ab 2007-01-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 60749-39:2005-04. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 631 Halbleiterbauelemente“ der DKE Deutsc

6、he Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (http:/www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 47 Semiconductor devices“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem auf der IEC-Website unter http:/web

7、store.iec.ch“ mit den Daten zu dieser Publikation angegebenen Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. EUROPISCHE NORM EUROPEAN ST

8、ANDARD NORME EUROPENNE EN 60749-39 August 2006 ICS 31.080.01 Deutsche Fassung Halbleiterbauelemente Mechanische und klimatische Prfverfahren Teil 39: Messung des Feuchtediffusionskoeffizienten und der Wasserlslichkeit in organischen Werkstoffen, welche bei Halbleiter-Komponenten verwendet werden (IE

9、C 60749-39:2006) Semiconductor devices Mechanical and climatic test methods Part 39: Measurement of moisture diffusivity and water solubility in organic materials used for semiconductor components (IEC 60749-39:2006) Dispositifs semiconducteurs Mthodes dessais mcaniques et climatiques Partie 39: Mes

10、ure de la diffusion dhumidit et de lhydrosolubilit dans les matriaux organiques utiliss dans les composants semiconducteurs (CEI 60749-39:2006) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2006-08-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der d

11、ie Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf

12、Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden

13、ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, ste

14、rreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Norma

15、lisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2006 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 60749-39:2006 DEN 60749-39:2006 2 Vorwort Der Text des Schrifts

16、tcks 47/1860/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 60749-39, ausgearbeitet von dem IEC TC 47 Semiconductor devices“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2006-08-01 als EN 60749-39 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf

17、nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2007-05-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2009-08-01 Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm

18、IEC 60749-39:2006 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. EN 60749-39:2006 3 Inhalt Seite Vorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Messeinrichtung .4 3 Werkstoffproben (Probestcke) .4 4 Messdurchfhrung5 4.1 Vorbereitung der Werkstoffproben.5 4.2 Absorptionsmessungen unt

19、erhalb von 100 C.5 4.3 Berechnung der Lslichkeit und des Diffusionskoeffizienten.6 4.4 Desorptionsmessungen oberhalb 100 C 7 5 Berechnung der Aktivierungsenergie fr Feuchtediffusion 8 6 bersicht wichtiger Angaben .8 Bilder Bild 1 Beispiel einer linearen Massezunahme.6 EN 60749-39:2006 4 1 Anwendungs

20、bereich In diesem Teil der IEC 60749 sind Verfahren festgelegt, um die charakteristischen Gehusewerkstoff-merkmale Feuchtediffusionskoeffizient (Diffusionsvermgen) und Wasserlslichkeit in organischen Werkstof-fen, welche in der Gehusemontage (Packaging) bei Halbleiterbauelementen verwendet werden, z

21、u messen. Diese beiden Werkstoffmerkmale sind wichtige Kenngren hinsichtlich des effektiven Zuverlssigkeitsver-haltens von Halbleiterbauelementen in Kunststoffgehusen, welche einer Feuchtebeanspruchung ausgesetzt waren, bevor sie einem Hochtemperatur-Reflowltprozess unterzogen werden. ANMERKUNG Es w

22、ird empfohlen, die in dieser Norm verwendeten Kennwerte der Feuchteabsorption vom Hersteller des Werkstoffs (z. B. dem Hersteller des Kunststoffes) zu beziehen. 2 Messeinrichtung 2.1 Analysewaage (Feinwaage) mit einer Auflsung von 0,00001 g bzw. 0,001 % der Masse der Werk-stoffprobe (Probestck). 2.2

23、 Hochtemperatur-Kammer (Wrmeschrank), mit der man in der Lage ist, eine Temperatur im Bereich von (100 2) C bis (250 2) C stabil zu halten. 2.3 Klimakammer(n), mit der (denen) man in der Lage ist, Temperaturen von 30 C bis 85 C und rela-tive Luftfeuchten (HR) von 60 % HRbis 85 % HRzu realisieren. In

24、nerhalb des Arbeitsbereiches der Kammer mssen die Grenzabweichungen der Temperatur 2 C und die der relativen Luftfeuchte 3 % HRsein. 2.4 Aus Edelstahl hergestellte perforierte Schienen oder Maschendrahtkrbe, welche zum Halten der Proben verwendet werden, wenn diese in die Wrmekammer eingebracht werd

25、en. 2.5 Groe Aluminiumplatten oder -scheiben, welche als Khlkrper verwendet werden. 2.6 Trockenbehlter (Desikkator), um die Proben trocken zu halten. 3 Werkstoffproben (Probestcke) Die Werkstoffproben mssen flache parallelseitige Scheiben oder Quader sein. Die Lngenmae mssen genau innerhalb der Gren

26、zabweichungen von 0,02 mm gemessen worden sein. Die freie Seitenflche, bezogen auf die Dicke der Probe, muss kleiner sein als 5 % im Verhltnis zur freien Flche, bezogen auf die flache Seite der Probe, damit ein eindimensionales Diffusionsverhalten abgeschtzt werden kann, wobei die Kanteneffekte auf

27、kleiner 5 % der gesamten diffundierten Feuchte begrenzt wird. Fr eine Scheibe mit dem Radius r und der Dicke h muss die folgende Beziehung erfllt sein: h 0,05 r (1) und fr einen Quader der Lnge L und der Breite W: ( )()0,05 WLhWL=+(2) Die empfohlene Probendicke sollte im Bereich von 0,3 mm bis 1,0 m

28、m sein. Es wird empfohlen, den Hchst-wert der Probendicke auf 1,0 mm zu begrenzen, weil die Dauer bei Spritzguss-Werkstoffen mit langsam stattfindender Diffusion bis zum Erreichen der Feuchtesttigung bei Temperaturen kleiner 60 C sonst extrem gro werden wrde. EN 60749-39:2006 5 4 Messdurchfhrung 4.1

29、 Vorbereitung der Werkstoffproben 4.1.1 Die Werkstoffproben sind unter Beachtung der empfohlenen Verarbeitungshinweise und in berein-stimmung mit den Spezifikationen des Werkstoffherstellers herzustellen und auszuhrten. 4.1.2 Um die entsprechende Dicke der Werkstoffproben, so wie in den Gleichungen

30、(1) und (2) festge-legt, zu erhalten, drfen die Probestcke aus grervolumigen Proben herausgetrennt und feinpoliert werden. Es ist sorgfltig darauf zu achten, dass bei dieser Art der Probenvorbereitung die parallelseitige Ebenheit erhalten bleibt. Die vorbereiteten Werkstoffproben sind sowohl im Inne

31、ren als auch auf der Oberflche auf Fehlstellen (Hohlrume) zu untersuchen. Die idealen Probestcke sind nahezu hohlraumfrei. 4.2 Absorptionsmessungen unterhalb von 100 C 4.2.1 Die Lngenmae der vorbereiteten Werkstoffprobe sind innerhalb einer Grenzabweichung von 0,02 mm zu messen. Die Dicke der Werkst

32、offprobe h ist aufzuzeichnen und das Volumen der Probe V ist unter Verwendung der entsprechenden geometrischen Beziehungen hinsichtlich der Krperform der Probe zu berechnen. 4.2.2 Die Werkstoffprobe ist bei 125 C ber 24 h zu tempern. Lngere Temperzeiten knnen in Abhn-gigkeit von der Massereduzierung

33、 des Probestcks erforderlich werden. Die Werkstoffprobe wird als trocken betrachtet, wenn die Differenz zwischen zwei benachbarten Messungen kleiner als 0,002 % der Messwerte betrgt. 4.2.3 Die Werkstoffprobe ist aus der Wrmekammer zu nehmen und sofort abzukhlen, indem sie auf den Khlkrper entspreche

34、nd 2.5 gelegt wird. Falls mehr als eine Werkstoffprobe zu messen ist, sollten die Proben mit den Khlkrperplatten in einen Trockenbehlter gelegt werden, um die Feuchteaufnahme whrend des Massewgens zu begrenzen. 4.2.4 Die Werkstoffprobe ist entsprechend 2.1 zu wiegen und deren Masse als MComp, dry,1a

35、ufzuzeichnen. Die Messung auf Zunahme/Abnahme der Masse muss innerhalb weniger Minuten nach Entnahme der Werk-stoffprobe aus der Wrmekammer durchgefhrt werden. Zeitliche Verzgerungen von mehr als fnf Minuten nach dem Herausnehmen aus der Wrmekammer knnen die Messergebnisse hinsichtlich des Diffusion

36、s-vermgens beeinflussen. 4.2.5 Die Werkstoffprobe ist auf einem Edelstahlhalter aufzubringen und dann in die Klimakammer einzu-bringen, welche bei der voreingestellten Temperatur und Feuchte stabil zu halten ist. Es wird nahegelegt, die Werkstoffprobe in einem Edelstahlhalter zu transportieren, welc

37、her auf die Temperatur der Klimakammer vorgewrmt wurde und dauerhaft auf dieser gehalten wird. 4.2.6 Nach akkumulierten Beanspruchungsdauern ist die Werkstoffprobe aus der Klimakammer zu nehmen, entsprechend 4.2.3 abzukhlen und die Masse der Probe zu messen. Die Zeitintervalle sollten so gro sein, d

38、ass sie eine adquate Messdauer erlauben, um einerseits anfangs eine gute Massedynamik und andererseits whrend spterer Abschnitte der Massedynamikkurve eine gute Spreizung der Datenpunkte zu erhalten. Die Gesamtzahl der Zeitintervalle sollte minimiert werden, weil die Probenentnahme zu strenden Beein

39、flussungen in der Klimakammer fhrt. Es sollte sorgfltig darauf geachtet werden, dass keine kondensierte Feuchte von den Wnden der Klima-kammer auf das Probestck kommt, whrend dieses aus der Klimakammer entnommen werden. Falls Kon-denswasser auf die Werkstoffprobe kommt, so ist die Probe sofort unter

40、 Verwendung von Stickstoff oder entfeuchteter Luft zu trocknen. Die Probe sollte danach fr eine Re-quilibrierung (erneutes Versetzen in den EN 60749-39:2006 6 Gleichgewichtszustand) wieder in die Klimakammer eingebracht werden und zu einem spteren Zeitpunkt sollte ein anderer Datenpunkt ermittelt we

41、rden. 4.2.7 Die Werkstoffprobe ist wieder in die Klimakammer einzubringen und die Messung der Masse ist so lange fortzusetzen, bis einer der beiden folgenden Bedingungen erfllt ist: a) Die Zunahme der Masse nach einem 24-Stunden-Intervall ist kleiner als 0,002 %, bezogen auf die vorher gemessene Mas

42、se. b) Eine grafische Darstellung (Plot) der Massezunahme ber die Zeit zeigt eine lineare Massezunahme nach einer anfangs abnehmenden Massenderung ber die Zeit (dM/dt), so wie in Bild 1 dargestellt. Bild 1 Beispiel einer linearen Massezunahme 4.2.8 Die zuletzt gemessene Feuchtemasse der Werkstoffpro

43、be ist als MComp,wet,faufzuzeichnen. 4.2.9 Die Werkstoffprobe ist bei 125 C so lange zu tempern, bis diese entsprechend 4.2.2 als trocken zu betrachten ist. 4.2.10 Die zweite, zuletzt gemessene, Trockenmasse ist als MComp,dry,2aufzuzeichnen. 4.3 Berechnung der Lslichkeit und des Diffusionskoeffizien

44、ten 4.3.1 Bei gegebener Temperatur und Luftfeuchte ist die Lslichkeit zu berechnen, und zwar unter Verwendung von ()( )VHTMVMMHTCRsatdry,2Comp,fwet,Comp,Rsat, = (3) Dabei ist Csat(T,HR) die Lslichkeit der Feuchte (in mg/cm) bei der Temperatur T und relativen Luftfeuchte HR; MComp,wet,fdie zuletzt ge

45、messene Feuchtemasse der Probe (in mg); MComp,dry,2die zuletzt gemessene Trockenmasse der Probe (in mg) nach dem zweiten Tempern; V das Volumen der Probe (in cm); Msat(T,HR) der gesttigte Feuchteanteil (in mg) bei der Temperatur T und relativen Luftfeuchte HR. 4.3.2 Die Kurve der Massezunahme ber di

46、e Zeit ist unter Verwendung der Massenderungen zu zeichnen als M(t) MComp,dry,1. 4.3.3 Der Diffusionskoeffizient ist unter Verwendung der gezeichneten Kurve zu berechnen mit EN 60749-39:2006 7 ()20,50,04919 hDTt= (4) Dabei ist D(T) Diffusionskoeffizient (in mm/s) bei der Temperatur T; h Dicke der We

47、rkstoffprobe (in mm); t0,5 Sorption-Halbwertszeit, definiert als die Dauer, bei der die sorbierte Feuchtemasse gleich der Hlfte der gesttigten Feuchtemasse ist, also Mt / Msat= 0,5; MtFeuchtemasse zur Zeit t. ANMERKUNG Als eine alternative Bestimmung fr D(T) kann die am besten angepasste Ausgleichsk

48、urve bezglich der experimentellen Daten der Massezunahme verwendet werden. Die Gleichung (4) wird als eine geschlossene analyti-sche Form einer Approximationslsung betrachtet, allerdings wird sie eine genaue Approximation mit einem Fehler von wenigen Prozent liefern. Der durch eine angepasste Ausgle

49、ichskurve bestimmte Wert D(T) sollte mit dem nach Glei-chung (4) ermittelten Wert als eine Referenzberprfung verglichen werden. Die Sorptionsmessungen entsprechend 4.2 bis 4.3.3 sind unter Anwendung unterschiedlicher Temperatur- und Luftfeuchte-Bedingungen zu wiederholen. Es werden folgende Umgebungsbedingungen empfohlen: 30 C/60 % HR,