Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL)

Der Feuchtigkeitsempfindlichkeitsgrad (MSL) ist ein von IPC/JEDEC J-STD-020 definierter Standard, der angibt, wie anfällig ein feuchtigkeits-/reflow-empfindliches elektronisches Bauteil während der Lagerung, Handhabung und des PCB-Montageprozesses für feuchtigkeitsinduzierten Stress ist. Das MSL-Bewertungssystem hilft Elektronikherstellern, die richtige Handhabung, Verpackung und Verwendung von feuchtigkeitsempfindlichen Geräten (MSDs) zu bestimmen, um Schäden durch während des Reflow-Lötens aufgenommene Feuchtigkeit zu vermeiden.

MSL-Bewertungen reichen von 1 bis 6, wobei MSL 1 am wenigsten feuchtigkeitsempfindlich und MSL 6 am empfindlichsten ist. Bauteile mit höheren MSL-Bewertungen erfordern eine sorgfältigere Handhabung und Lagerung, um die Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die zu Gehäuserissen, Delamination und anderen Zuverlässigkeitsproblemen beim Reflow-Löten führen kann.

Die MSL eines Bauteils wird vom Bauteilhersteller durch standardisierte Tests bestimmt. Sie setzen das Bauteil unterschiedlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsniveaus aus und messen die Menge der aufgenommenen Feuchtigkeit. Das Bauteil wird dann gemäß der IPC/JEDEC J-STD-020-Norm klassifiziert.

Übersicht der MSL-Stufen

Hier ist ein kurzer Überblick über jede MSL-Bewertung:

  • MSL 1: Unbegrenzte Bodenzeit bei ≤30°C/85% RH. Keine Trockenverpackung erforderlich.
  • MSL 2: Ein Jahr Bodenzeit bei ≤30°C/60% RH. Trockenverpackung erforderlich, wenn dies überschritten wird.
  • MSL 2a: 4 Wochen Bodenzeit bei ≤30°C/60% RH. Trockenverpackung erforderlich, wenn dies überschritten wird.
  • MSL 3: 168 Stunden Bodenzeit bei ≤30°C/60% RH. Trockenverpackung erforderlich.
  • MSL 4: 72 Stunden Bodenzeit bei ≤30°C/60% RH. Trockenverpackung erforderlich.
  • MSL 5: 48 Stunden Bodenzeit bei ≤30°C/60% RH. Trockenverpackung erforderlich.
  • MSL 5a: 24 Stunden Bodenzeit bei ≤30°C/60% RH. Trockenverpackung erforderlich.
  • MSL 6: Muss vor Gebrauch gebacken werden. Trockenverpackung erforderlich.

Die Lagerzeit bezieht sich auf die zulässige Zeit, in der eine Komponente Umgebungsbedingungen (≤30°C/60% RH) ausgesetzt sein kann, nachdem sie aus ihrer Feuchtigkeitsschutzverpackung (MBB) entnommen wurde.

Um feuchtigkeitsempfindliche Komponenten zu verwalten, müssen Elektronikhersteller:

  1. Stellen Sie sicher, dass MSL-empfindliche Bauteile vom Lieferanten trocken verpackt in einer versiegelten Feuchtigkeitsschutzbeutel (MBB) mit Trockenmittel und einer Feuchtigkeitsindikatorkarte (HIC) geliefert werden.
  2. Überprüfen Sie die HIC beim Erhalt der Bauteile. Wenn sie eine hohe Feuchtigkeit anzeigt, backen Sie die Bauteile bei der empfohlenen Temperatur und Zeit, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen.
  3. Lagern Sie Bauteile in einer Umgebung mit niedriger Luftfeuchtigkeit (≤5 % RH). Wenn die Bodenzeit überschritten wird, backen Sie die Bauteile vor der Montage.
  4. Montieren Sie PCBs, die MSDs enthalten, umgehend. Nicht verwendete Komponenten sollten im MBB wieder verschlossen werden.
  5. Wenn ein Backen erforderlich ist, folgen Sie den Empfehlungen des Komponentenherstellers bezüglich Backtemperatur und -dauer, um Schäden an den Komponenten zu vermeiden.

Durch das Verständnis und die ordnungsgemäße Verwaltung von Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufen können Elektronikhersteller feuchtigkeitsbedingte Defekte verhindern, die Produktzuverlässigkeit verbessern und die Kosten für Nacharbeit und Ausschuss reduzieren.

Anforderungen an Einweichen/Backen für jede MSL-Stufe

Der IPC/JEDEC J-STD-020 Standard spezifiziert die folgenden Einweich- und Backanforderungen für jede Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL):

MSL 1

  • Einweichen: 168 Stunden bei 85°C/85% RH
  • Backen: Nicht erforderlich

MSL 2

  • Einweichen: 168 Stunden bei 85°C/60% RH
  • Backen: Nicht erforderlich, wenn die Bodenlebensdauer nicht überschritten wird

MSL 2a

  • Einweichen: 696 Stunden bei 30°C/60% RH oder 120 Stunden bei 60°C/60% RH
  • Backen: Nicht erforderlich, wenn die Bodenzeit nicht überschritten wird

MSL 3

  • Einweichen: 192 Stunden bei 30°C/60% RH oder 40 Stunden bei 60°C/60% RH
  • Backen: Erforderlich, wenn die Bodenlebensdauer überschritten wird

MSL 4

  • Einweichen: 96 Stunden bei 30°C/60% RH oder 20 Stunden bei 60°C/60% RH
  • Backen: Erforderlich, wenn die Bodenlebensdauer überschritten wird

MSL 5

  • Einweichen: 72 Stunden bei 30°C/60% RH oder 15 Stunden bei 60°C/60% RH
  • Backen: Erforderlich, wenn die Bodenlebensdauer überschritten wird

MSL 5a

  • Einweichen: 48 Stunden bei 30°C/60% RH oder 10 Stunden bei 60°C/60% RH
  • Backen: Erforderlich, wenn die Bodenzeit überschritten wird

MSL 6

  • Einweichen: Zeit auf dem Etikett (TOL) bei 30°C/60% RH
  • Backen: Vor der Verwendung obligatorisch

Die Einweichanforderungen sollen die schlimmstmögliche Feuchtigkeitsexposition simulieren, die eine Komponente während der Lagerung und Handhabung erfahren kann. Die Backanforderungen werden verwendet, um überschüssige Feuchtigkeit aus Komponenten zu entfernen, die ihre Bodenlebensdauer überschritten haben oder hohen Luftfeuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt waren.

Das Backen wird typischerweise bei 125°C für 24 Stunden durchgeführt, aber die genaue Temperatur und Dauer können je nach den Empfehlungen des Komponentenherstellers variieren. Es ist wesentlich, diesen Empfehlungen zu folgen, um die Komponenten während des Backvorgangs nicht zu beschädigen. Das Backen bei 125°C entfernt überschüssige Feuchtigkeit aus der Komponentenverpackung und dem Formmaterial und stellt sie in einen sicheren Zustand für das Reflow-Löten wieder her. Die Backzeit kann basierend auf Komponentenmerkmalen wie Packungsdichte angepasst werden, vorausgesetzt, eine Korrelation zur Standardbackzeit wird hergestellt.

Durch die Einhaltung der entsprechenden Einweich- und Backanforderungen für jedes MSL können Elektronikhersteller sicherstellen, dass feuchtigkeitsempfindliche Komponenten ordnungsgemäß gehandhabt und verarbeitet werden, wodurch das Risiko von feuchtigkeitsbedingten Schäden während der PCB-Montage minimiert wird.