ระดับความไวต่อความชื้น (MSL)

ระดับความไวต่อความชื้น (MSL) เป็นมาตรฐานที่กำหนดโดย IPC/JEDEC J-STD-020 ซึ่งระบุว่าชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความชื้น/การรีฟลว์นั้นมีความอ่อนไหวต่อความเครียดที่เกิดจากความชื้นเพียงใดในระหว่างการจัดเก็บ การจัดการ และกระบวนการประกอบ PCB ระบบการจัดอันดับ MSL ช่วยให้ผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์กำหนดการจัดการ การบรรจุ และการใช้อุปกรณ์ที่ไวต่อความชื้น (MSDs) อย่างเหมาะสม เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายที่เกิดจากความชื้นที่ดูดซับไว้ในระหว่างการบัดกรีแบบรีฟลว์

ระดับ MSL มีตั้งแต่ 1 ถึง 6 โดย MSL 1 มีความไวต่อความชื้นน้อยที่สุด และ MSL 6 มีความไวมากที่สุด ส่วนประกอบที่มีระดับ MSL สูงกว่าต้องมีการจัดการและการจัดเก็บที่ระมัดระวังมากขึ้นเพื่อป้องกันการดูดซับความชื้น ซึ่งอาจนำไปสู่การแตกร้าวของแพ็คเกจ การแยกชั้น และปัญหาความน่าเชื่อถืออื่นๆ ในระหว่างการบัดกรีแบบ reflow

MSL ของส่วนประกอบถูกกำหนดโดยผู้ผลิตส่วนประกอบผ่านการทดสอบมาตรฐาน พวกเขาจะนำส่วนประกอบไปสัมผัสกับระดับอุณหภูมิและความชื้นที่แตกต่างกัน จากนั้นวัดปริมาณความชื้นที่ดูดซับ จากนั้นส่วนประกอบจะถูกจัดประเภทตามมาตรฐาน IPC/JEDEC J-STD-020

ภาพรวมของระดับ MSL

นี่คือภาพรวมโดยย่อของการจัดอันดับ MSL แต่ละรายการ:

• MSL 1: อายุการใช้งานบนพื้น (floor life) ไม่จำกัดที่ ≤30°C/85% RH ไม่จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้ง (dry packing)
• MSL 2: อายุการใช้งานบนพื้น 1 ปีที่ ≤30°C/60% RH จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้งหากเกินกำหนด
• MSL 2a: อายุการใช้งานบนพื้น 4 สัปดาห์ที่ ≤30°C/60% RH จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้งหากเกินกำหนด
• MSL 3: อายุการใช้งานบนพื้น 168 ชั่วโมงที่ ≤30°C/60% RH จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้ง
• MSL 4: อายุการใช้งานบนพื้น 72 ชั่วโมงที่ ≤30°C/60% RH จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้ง
• MSL 5: อายุการใช้งานบนพื้น 48 ชั่วโมงที่ ≤30°C/60% RH จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้ง
• MSL 5a: อายุการใช้งานบนพื้น 24 ชั่วโมงที่ ≤30°C/60% RH จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้ง
• MSL 6: ต้องอบ (bake) ก่อนใช้งาน จำเป็นต้องบรรจุแบบแห้ง

อายุการใช้งานบนพื้น (Floor life) หมายถึงเวลาที่อนุญาตให้ส่วนประกอบสัมผัสกับสภาวะแวดล้อม (≤30°C/60% RH) หลังจากนำออกจากถุงป้องกันความชื้น (MBB)

เพื่อจัดการส่วนประกอบที่ไวต่อความชื้น ผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์ต้อง:

1. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบที่ไวต่อระดับความชื้น (MSL) ได้รับการบรรจุแบบแห้ง (dry packed) โดยซัพพลายเออร์ในถุงป้องกันความชื้นที่ปิดผนึก (MBB) พร้อมสารดูดความชื้นและการ์ดบ่งชี้ความชื้น (HIC)
2. ตรวจสอบ HIC เมื่อได้รับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ หากระบุว่ามีความชื้นสูง ให้อบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่อุณหภูมิและเวลาที่แนะนำเพื่อขจัดความชื้นส่วนเกิน
3. เก็บส่วนประกอบในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นต่ำ (≤5% RH) หากเกินอายุการเก็บรักษา (floor life) ให้อบส่วนประกอบก่อนประกอบ
4. ประกอบ PCB ที่มี MSD ทันที ส่วนประกอบที่ไม่ได้ใช้ควรปิดผนึกใหม่ใน MBB
5. หากจำเป็นต้องอบ ให้ปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตส่วนประกอบสำหรับอุณหภูมิและระยะเวลาในการอบเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อส่วนประกอบ

ด้วยความเข้าใจและการจัดการระดับความไวต่อความชื้นอย่างเหมาะสม ผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์สามารถป้องกันข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับความชื้น ปรับปรุงความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ และลดต้นทุนการทำซ้ำและของเสีย

ข้อกำหนดการแช่/อบ (Soak/Bake) สำหรับแต่ละระดับ MSL

มาตรฐาน IPC/JEDEC J-STD-020 ระบุข้อกำหนดการแช่ (soak) และอบ (bake) ต่อไปนี้สำหรับแต่ละระดับความไวต่อความชื้น (MSL):

MSL 1

• แช่ (Soak): 168 ชั่วโมง ที่ 85°C/85% RH
• อบ (Bake): ไม่จำเป็น

MSL 2

• แช่ (Soak): 168 ชั่วโมงที่ 85°C/60% RH
• อบ (Bake): ไม่จำเป็นหากไม่เกินอายุการใช้งานบนพื้น (floor life)

MSL 2a

• แช่: 696 ชั่วโมงที่ 30°C/60% RH หรือ 120 ชั่วโมงที่ 60°C/60% RH
• อบ: ไม่จำเป็นหากไม่เกินอายุการเก็บรักษา

MSL 3

• การแช่ (Soak): 192 ชั่วโมงที่ 30°C/60% RH หรือ 40 ชั่วโมงที่ 60°C/60% RH
• การอบ (Bake): จำเป็นหากเกินอายุการเก็บรักษา (floor life)

MSL 4

• แช่: 96 ชั่วโมงที่ 30°C/60% RH หรือ 20 ชั่วโมงที่ 60°C/60% RH
• อบ: จำเป็นหากเกินอายุการเก็บรักษา (floor life)

MSL 5

• แช่ (Soak): 72 ชั่วโมงที่ 30°C/60% RH หรือ 15 ชั่วโมงที่ 60°C/60% RH
• อบ (Bake): จำเป็นหากเกินอายุการใช้งานบนพื้น

MSL 5a

• แช่ (Soak): 48 ชั่วโมงที่ 30°C/60% RH หรือ 10 ชั่วโมงที่ 60°C/60% RH
• อบ (Bake): จำเป็นหากเกินอายุการเก็บรักษา (floor life)

MSL 6

• แช่ (Soak): เวลาตามฉลาก (TOL) ที่ 30°C/60% RH
• อบ (Bake): จำเป็นต้องทำก่อนใช้งาน

ข้อกำหนดการแช่ (soak) มีไว้เพื่อจำลองการสัมผัสความชื้นในกรณีที่เลวร้ายที่สุดที่ส่วนประกอบอาจประสบระหว่างการจัดเก็บและการจัดการ ข้อกำหนดการอบ (bake) ใช้เพื่อขจัดความชื้นส่วนเกินออกจากส่วนประกอบที่เกินอายุการเก็บรักษา (floor life) หรือสัมผัสกับสภาวะความชื้นสูง

การอบ (Baking) โดยทั่วไปจะทำที่อุณหภูมิ 125°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง แต่อุณหภูมิและระยะเวลาที่แน่นอนอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับคำแนะนำของผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องปฏิบัติตามคำแนะนำเหล่านี้เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในระหว่างกระบวนการอบ การอบที่ 125°C จะขจัดความชื้นส่วนเกินออกจากบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และสารประกอบการหล่อ เพื่อคืนสภาพให้อยู่ในสภาวะที่ปลอดภัยสำหรับการบัดกรีแบบ reflow เวลาในการอบอาจปรับเปลี่ยนได้ตามลักษณะของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ความหนาแน่นของแพ็คเกจ โดยต้องมีการสร้างความสัมพันธ์กับเวลาอบมาตรฐาน

ด้วยการปฏิบัติตามข้อกำหนดในการอบและแช่ที่เหมาะสมสำหรับแต่ละ MSL ผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์สามารถมั่นใจได้ว่าส่วนประกอบที่ไวต่อความชื้นได้รับการจัดการและดำเนินการอย่างถูกต้อง ลดความเสี่ยงของความเสียหายที่เกิดจากความชื้นระหว่างการประกอบ PCB