我是芯片超人花姐，入行20年，有50W+芯片行业粉丝。有很多不方便公开发公众号的，关于芯片买卖、关于资源链接等，我会分享在朋友圈。
扫码加我本人微信👇
使用半导体的机械和设备等产品的生命周期总体上较长，据说通常超过10年。然而，根据日本机械工业联合会和经济产业省的调查结果，实际用户的使用期限为10年至20年，甚至长达30年以上。此外，即便是产品生命周期被认为较短的家用空调等民用设备，其使用期限也约为10年左右。
为实现如此长久的使用周期，相关产品采用了诸多创新设计。然而在数十年使用过程中，半导体产品停产的情况屡见不鲜。加之2020年前后出现的半导体产品供应短缺及停产产品激增等现象，使得半导体产品的稳定保障愈发困难。
在这种情况下，为了持续保障半导体产品供应，企业不得不采取包括自主仓储在内的长期库存保管措施。假设使用的半导体产品生命周期为5年，那么在此之后，公司可能需要最长保存半导体库存达25年。
本文将重点探讨半导体产品的长期保存问题，探讨相关风险点。
01
关于半导体产品的储存
在讲解长期保存时，经常会被问到半导体产品的储存条件，通常的回答是：“请按照各半导体厂商指定的保存条件进行储存。”这是因为满足各半导体制造商指定保存条件所需的具体设置，很大程度上取决于保管方的设备与环境。
半导体产品的数据手册中，在“ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS（绝对最大额定值）”一栏里有“Storage Temperature（储存温度）”项。不同产品的规格存在差异，例如某些型号显示为“－55至150℃”。需要注意的是，这只是暂时的规格，并非用于长期储存。换句话说，这并不代表长期储存条件。
那么，真正的储存条件是怎样的呢？下表汇总了多家半导体厂商官网及应用说明中记载的储存条件，数据均随机选取自不同厂商的半导体产品：
从表中可以看出，各厂商的条件基本相同。这推测是因为其遵循了JEDEC的标准。以下列出部分与半导体储存相关的标准：
● Joint IPC/JEDEC Standard J-STD-033, Standard for Handling, Packing, Shipping, and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface-Mount Devices
● JEDEC Publication, JEP160: Long-Term Storage for Electronic Solid-State Wafers, Dice, and Devices
其中有说明：“除非厂商另行许可，否则环境条件应保持在30℃（86℉）以下，湿度60%RH以下。”各半导体厂商大多基于这一条件来确定具体的储存要求。
02
半导体产品批次代码概念的变化及其原因
近年来，半导体行业发生了巨大变化。其中一个显著特点是，半导体产品与设备产品的生命周期差距进一步拉大。因此，为了长期持续使用同一半导体产品，用户不得不购买并使用距生产日期已过去数年的产品，这种情况日益增多。确认半导体产品制造日期的常用方法是参考产品上标注的“批次代码（Date Code）”。
Date Code最早在1960年代被引入半导体产品中。其目的是记录产品的制造日期、工艺及物料清单等信息，以维持2-3年的“销售期限”。因此，长期以来，人们普遍认为，标注的Date Code超过2-3年的半导体产品不再适合使用。此外，在订购半导体产品时，常常只允许选择Date Code在一年以内的产品，这也使Date Code成为判断使用更新产品的重要依据。
在产品管理方面，Date Code也常被用于参考，例如通过PCN（Product Change Notification，产品变更通知）等方式发布公告。在某些应用中，由于版本差异限制，使用的半导体产品可能需要指定特定的批次代码。此外，当出现问题时，Date Code也可作为追溯产品历史的重要信息。
围绕Date Code的讨论之一是：“虽然使用半导体产品的设备实际上可以使用长达30年以上而没有问题，但未使用的半导体产品是否必须限定在1-2年内生产的产品？”
针对这一问题，由半导体制造商及其正规代理（包括德州仪器、Analog Devices及原Freescale）组成的全美电子流通协会（ECIA）工作小组自2002年起提出观点：批次代码不再是衡量产品质量的指标。批次代码较旧并不意味着产品会发生故障，产品的规格和性能没有任何不同，也不应只指定购买批次代码较新的产品。
ECIA在2023年6月更新了这一方针，并发布新文件指出：一般情况下，不推荐指定批次代码。但存在特定需求时例外——例如因版本差异可能引发问题，或原始半导体制造商在生产过程中发现特定批次代码产品存在缺陷时，此时需明确生产周期而非产品新旧。
半导体批次代码；来源：Rochester Electronics
此外，即使是对质量和可靠性要求更高的军用标准，也规定不应通过Date Code来限制产品，而应关注产品本身的质量。实际上，在美国，军用标准的半导体产品即便Date Code较旧，也能正常采购，而且并未听说因此出现过问题。
在半导体厂商方面，关于Date Code的政策表述为：“X公司的政策是，出货的产品批次代码最多可追溯到5年前。由于镀层与储存技术的进步，焊接性问题已经得到解决，对新材料的批次代码要求已经过时。要求使用更近的批次代码会增加供应链成本，但这额外成本并没有任何实际益处。X公司决定允许出货5年前的批次代码，仅是将其作为合理的截止点，这并不意味着更旧的产品不符合标准。”
换言之，对于长期存储的半导体产品而言，批次代码不应被视为重要的潜在问题。
03
锡须（Whisker），古老而新颖的话题
所谓“锡须”，因其形状及生长方式像“胡须”，故用来称呼金属或其他固体的细线状晶体生长。锡须问题最早引起广泛关注是在20世纪40年代初，当时它频繁导致通信设备故障。随后，人们发现了Sn-Pb（锡铅）合金镀层可以抑制锡须生成，这种表面处理方法也被广泛采用。然而，近年来，随着欧盟RoHS法规等限制电子设备使用铅的趋势，锡须问题在半个多世纪后再次受到关注。
关于锡须的研究，多年来一直在相关企业和科研机构中进行，并发表了大量论文。同时，半导体厂商也不断发布锡须相关信息。
美国NASA长期对锡须问题进行验证，并得出如下结论：
● 对锡须机制尚未建立单一公认的解释。
● 锡须的生长速率非常易变，很可能受多种因素复杂关系的影响。
锡须示意图； 来源：Rochester Electronics
此外，JEDEC和国际电子制造倡议组织（iNEMI）发布了以下两份文档，提及了锡须的防护措施：
● JESD201A “Environmental Acceptance Requirements for Tin Whisker Susceptibility of Tin and Tin Alloy Surface Finishes”
● JP002 "Current Tin Whiskers Theory and Mitigation Practices Guideline"
iNEMI锡须用户组主席Joe Smetana表示：“这些标准化的测试要求及相关接受标准，对希望确保产品可靠性的用户，以及能够依据统一标准进行镀层测试和评估的供应商而言，都是极其重要的。”
04
引线框架（Lead Frame）变色的影响
关于引线框部分氧化的原因和影响，与锡须问题类似，一直以来都存在讨论，但至今尚未找到明确的对策。
即使查看半导体制造厂商的支持页面，也能确认有报告显示交付的半导体产品引线已经出现氧化现象。换句话说，可以粗略地说：“半导体引线框架的氧化可能发生于任何存储期间，与保管时间无关。”
对于半导体引线框的氧化，销售半导体产品的公司给出了如下观点：
氧化的根本原因
● 大多数半导体产品的引线框架由铜制成，表面经电镀形成薄锡层。
● 当半导体产品长时间暴露在空气中时，引线部分会因空气中的氧气而氧化。
● 引线部分会吸收空气中的氧气形成氧化膜，如果在回流焊等高温加热过程中，氧化膜可能导致锡层难以再附着。
防氧化措施
● 避免产品长时间暴露在空气中。
● 将产品包装在防潮袋（Moisture Barrier Bag, MBB）中。
● 在防湿袋中放入规定数量的干燥剂和湿度指示卡（Humidity Indicator Card, HIC）。
即使采取上述措施，仍有可能发生氧化。如果某些半导体产品没有可替代品，且必须使用，则会采取去除氧化的方法，如使用可去除氧化膜的清洗剂等。
总之，引线框架氧化确实是需要关注的问题，但正如前文所述，长期保管并非唯一原因。
05
长期存放的半导体能否“正常使用”？
基本上，半导体产品本质上需满足以下要求：经基板安装、系统集成、通电测试后，必须实现设计预期的运行状态。
也就是说，关键点在于：
● 能否正确安装到基板上
● 安装后是否完好无损
● 安装后能否保持该半导体产品的电气规格
只要这些条件得到确认，即便是长期储存的半导体产品，也应能继续使用。
为此，我们对长期储存的半导体产品进行了实际测试，验证方法如下：
验证方法：
1. 将半导体安装到基板上，确认焊锡润湿性（Solder Wetting）。
2. 对安装后的半导体进行X射线及SEM（扫描电子显微镜）分析，观察内部状况，确认无破损。
3. 进行电气测试，验证是否满足数据手册规格要求。
06
半导体产品能否实现基板安装？
在基板安装方面，装配和测试过程由一家经验丰富的外部装配承包商提供服务（该承包商已通过 ISO 9001 认证，并拥有 17 年以上的经验）。
本次实验从库存中随机选取了57种无铅表面贴装封装的胶带卷轴，其生产日期各不相同。针对每种生产批次，分别设计了用于安装在铜质PCB板上的焊盘布局。
来源：Rochester Electronics
随后，委托公司在标准制造流程下组装了10块单面和10块双面电路板。大致的组装流程如下：
a. 自动从卷装料上取料
b. 将57个批次代码的产品分别放置在基板上
c. 所有元件安装完成后，将基板进行回流焊处理
d. 回流后进行清洗，并在检测前确认基板安装状态
制造流程完成后，所有基板均通过上述外部组装委托公司的服务实施了组装与测试工序。最终报告显示：
● X射线检查未发现各部位存在缺陷
● 符合IPC CLASS II标准的SMT检测未发现缺陷
● 自动光学检查（AOI）及3D程序最终基板检查未发现缺陷
根据这些结果，可以得出结论：在实际使用中似乎不存在问题。不过，为了进一步确认细节，对已安装的半导体封装进行了斜向X射线拍摄，以检查焊接状态。此外，还对引脚端子部分的切面进行了SEM拍摄，从而明确了焊膏的精确形状和内部结构。通过这些检查作业，可以确认是否存在未焊、气孔或翘起等情况。
对这次安装的28针PLCC封装进行了SEM和X射线分析，结果显示其状态如下。
引线截面的SEM图像（28针PLCC封装安装后）来源：Rochester Electronics
另外，14针TSSOP封装的情况如下。
引线截面的SEM图像（14针TSSOP封装安装后）；来源：Rochester Electronics
通过确认这些状态，可以确认焊点的结构是稳固的。外部检查结果与之相符，进一步验证了在PCB上的安装没有问题。
07
半导体产品在安装时是否完好
接下来，同样的图像处理技术还被用于验证已安装半导体封装的内部，并检查它们是否存在缺陷。
一般来说，半导体在安装到电路板的过程中，需要考虑热应力和机械应力的影响进行安装。为了验证长期存放的半导体产品在同等标准下是否也能正常使用，进行了相关测试。
首先，通过X射线分析确认了封装内部的状态。
来源：Rochester Electronics
从这些图像中可以看出，在IC芯片、键合线以及引线框架上，没有发现破损、断裂或裂纹等情况。
接下来，在电路板上已安装的状态下，对封装进行切割，并进行了SEM图像分析。
来源：Rochester Electronics
从这些图像可以看出，IC芯片没有从引线框架剥离，键合线也没有脱落。TSSOP封装的图像显示，封装内部也没有出现空洞等缺陷。
此外，从已安装的半导体产品中随机选择一个封装，打开后检查其内部状况。具体来说，观察IC芯片是否存在裂纹或缺损，键合线是否从IC芯片上脱落等。分析结果如下SEM图像所示。从图像来看，这些缺陷均未发生。
来源：Rochester Electronics
08
半导体产品的电气规格是否得到保持
从库存中具有两种不同批次代码的半导体产品中随机挑选了三个产品，并根据各自的数据手册要求进行了测试。测试的半导体产品平均存放时间约为15年。所有半导体产品均满足各自数据手册的规格要求，测试结果的数据分布中未观察到与批次代码相关的变化。
从以上的验证结果可以看出，即使是长期保存的产品，其电气规格也没有变化，仍然满足数据手册中的规格要求。
09
如果保存得当，就不会有问题
本次分析详细研究了最长保存达17年的元器件的焊接性能、机械可靠性以及电气性能。结果表明，在妥善保管条件下未检测到任何问题或故障。
到目前为止，这些都是罗切斯特公司独自的验证及其结果，但多个原始元件制造商（OCM）也对在受控环境下保存的半导体产品进行了详细分析，并报告了结果。例如：
1. Allegro Microsystems 分析了最长在常温下保存达10年的元器件，得出结论认为长期保存不会影响焊接性能。同时，他们还证明，在非推荐的保存条件下，将半导体产品单独长期放置所产生的引脚氧化，也不会影响焊接性能。
2. Texas Instruments 对长期保存后的半导体产品可靠性进行了研究，结论如下：
a. 在受控仓储环境下保存时，产品性能和半导体产品的保存寿命超过21年。
b. 自1998年以来进行的多项调查中，没有发现任何会对产品或PCB焊接能力产生不良影响的可靠性下降证据。
c. 此次研究中，半导体产品接受了多项测试，包括焊接性能、SEM外观检查、SEM光谱分析、光学显微镜观察、湿敏等级（MSL）性能、封装开封及外观检查等。
10
最 后
在消费类应用中，许多产品的使用寿命是有限的，供应这些市场的企业通常会倾向于缩短产品生命周期。相比之下，有些领域对半导体产品要求更长的生命周期。例如，工业、汽车、医疗、航空航天及国防领域中，应用生命周期往往超过30年。在这种情况下，为了维持应用的生命周期，持续的零部件供应是不可或缺的。因此，许多半导体产品即使停产，也需要长期保存。
在需要长期保存半导体产品的情况下，确保在适当条件下保存的半导体产品在市场上是可靠的，使客户能够充满信心，这是非常重要的。同时，为保障持续供货能力和系统长期可用性，拥有充足的产品库存，并与能够提供增值服务及制造解决方案的合作伙伴协作，也是不可或缺的。
累计服务2万用户
打折清库存，最快半天完成交易
找不到，卖不掉，价格还想再好点
来我们【工厂呆料】小程序看看
电脑可以登录网页版：dl.icsuperman.com
也可扫描下方二维码
加我咨询呆料业务
