Mức độ nhạy ẩm (MSL)

Mức độ nhạy cảm với độ ẩm (MSL) là một tiêu chuẩn được xác định bởi IPC/JEDEC J-STD-020 cho biết mức độ nhạy cảm của linh kiện điện tử nhạy cảm với độ ẩm/hàn lại đối với ứng suất do độ ẩm gây ra trong quá trình lưu trữ, xử lý và lắp ráp PCB. Hệ thống xếp hạng MSL giúp các nhà sản xuất điện tử xác định cách xử lý, đóng gói và sử dụng các thiết bị nhạy cảm với độ ẩm (MSD) đúng cách để tránh hư hỏng do độ ẩm hấp thụ trong quá trình hàn lại.

Xếp hạng MSL nằm trong khoảng từ 1 đến 6, với MSL 1 là ít nhạy cảm với độ ẩm nhất và MSL 6 là nhạy cảm nhất. Các linh kiện có xếp hạng MSL cao hơn đòi hỏi phải xử lý và bảo quản cẩn thận hơn để ngăn chặn sự hấp thụ độ ẩm, có thể dẫn đến nứt gói, tách lớp và các vấn đề về độ tin cậy khác trong quá trình hàn reflow.

MSL của một linh kiện được xác định bởi nhà sản xuất linh kiện thông qua thử nghiệm tiêu chuẩn hóa. Họ cho linh kiện tiếp xúc với các mức nhiệt độ và độ ẩm khác nhau, sau đó đo lượng ẩm hấp thụ. Linh kiện sau đó được phân loại theo tiêu chuẩn IPC/JEDEC J-STD-020.

Tổng quan về các cấp độ MSL

Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về từng xếp hạng MSL:

• MSL 1: Tuổi thọ sàn không giới hạn ở ≤30°C/85% RH. Không cần đóng gói khô.
• MSL 2: Tuổi thọ sàn một năm ở ≤30°C/60% RH. Cần đóng gói khô nếu vượt quá mức này.
• MSL 2a: Tuổi thọ sàn 4 tuần ở ≤30°C/60% RH. Cần đóng gói khô nếu vượt quá mức này.
• MSL 3: Tuổi thọ sàn 168 giờ ở ≤30°C/60% RH. Cần đóng gói khô.
• MSL 4: Tuổi thọ sàn 72 giờ ở ≤30°C/60% RH. Cần đóng gói khô.
• MSL 5: Tuổi thọ sàn 48 giờ ở ≤30°C/60% RH. Cần đóng gói khô.
• MSL 5a: Tuổi thọ sàn 24 giờ ở ≤30°C/60% RH. Cần đóng gói khô.
• MSL 6: Bắt buộc nung trước khi sử dụng. Cần đóng gói khô.

Tuổi thọ sàn đề cập đến thời gian cho phép một linh kiện có thể tiếp xúc với các điều kiện môi trường (≤30°C/60% RH) sau khi được lấy ra khỏi túi chắn ẩm (MBB).

Để quản lý các linh kiện nhạy cảm với độ ẩm, các nhà sản xuất điện tử phải:

1. Đảm bảo các linh kiện nhạy cảm với độ ẩm (MSL) được nhà cung cấp đóng gói khô trong túi chắn ẩm kín (MBB) cùng với chất hút ẩm và thẻ chỉ thị độ ẩm (HIC).
2. Kiểm tra HIC khi nhận linh kiện. Nếu nó chỉ ra độ ẩm cao, hãy nung linh kiện ở nhiệt độ và thời gian khuyến nghị để loại bỏ độ ẩm dư thừa.
3. Bảo quản linh kiện trong môi trường có độ ẩm thấp (≤5% RH). Nếu vượt quá thời gian lưu kho (floor life), hãy sấy linh kiện trước khi lắp ráp.
4. Lắp ráp các PCB chứa MSD ngay lập tức. Các linh kiện chưa sử dụng nên được niêm phong lại trong túi chắn ẩm (MBB).
5. Nếu cần sấy (baking), hãy làm theo khuyến nghị của nhà sản xuất linh kiện về nhiệt độ và thời gian sấy để tránh làm hỏng linh kiện.

Bằng cách hiểu và quản lý đúng mức độ nhạy cảm với độ ẩm, các nhà sản xuất điện tử có thể ngăn ngừa các lỗi liên quan đến độ ẩm, cải thiện độ tin cậy của sản phẩm và giảm chi phí làm lại và phế liệu.

Yêu cầu Ngâm/Sấy cho từng Cấp độ MSL

Tiêu chuẩn IPC/JEDEC J-STD-020 quy định các yêu cầu ngâm và nung sau đây cho từng Mức độ nhạy ẩm (MSL):

MSL 1

• Ngâm: 168 giờ ở 85°C/85% RH
• Nung: Không yêu cầu

MSL 2

• Ngâm: 168 giờ ở 85°C/60% RH
• Nung: Không bắt buộc nếu không vượt quá thời gian phơi sáng (floor life)

MSL 2a

• Ngâm: 696 giờ ở 30°C/60% RH hoặc 120 giờ ở 60°C/60% RH
• Nung: Không bắt buộc nếu chưa vượt quá thời hạn sử dụng sàn

MSL 3

• Ngâm: 192 giờ ở 30°C/60% RH hoặc 40 giờ ở 60°C/60% RH
• Sấy: Bắt buộc nếu vượt quá thời gian tiếp xúc với môi trường (floor life)

MSL 4

• Ngâm: 96 giờ ở 30°C/60% RH hoặc 20 giờ ở 60°C/60% RH
• Nung: Bắt buộc nếu vượt quá thời gian phơi sáng (floor life)

MSL 5

• Ngâm: 72 giờ ở 30°C/60% RH hoặc 15 giờ ở 60°C/60% RH
• Nung: Bắt buộc nếu vượt quá tuổi thọ sàn

MSL 5a

• Ngâm: 48 giờ ở 30°C/60% RH hoặc 10 giờ ở 60°C/60% RH
• Nung: Bắt buộc nếu vượt quá thời gian phơi sáng (floor life)

MSL 6

• Ngâm: Thời gian trên nhãn (TOL) ở 30°C/60% RH
• Nung: Bắt buộc trước khi sử dụng

Các yêu cầu ngâm nhằm mô phỏng mức độ tiếp xúc độ ẩm tồi tệ nhất mà một linh kiện có thể gặp phải trong quá trình lưu trữ và xử lý. Các yêu cầu nung được sử dụng để loại bỏ độ ẩm dư thừa khỏi các linh kiện đã vượt quá thời hạn sử dụng hoặc đã tiếp xúc với điều kiện độ ẩm cao.

Việc sấy khô thường được thực hiện ở 125°C trong 24 giờ, nhưng nhiệt độ và thời gian chính xác có thể thay đổi tùy thuộc vào khuyến nghị của nhà sản xuất linh kiện. Điều cần thiết là phải tuân theo các khuyến nghị này để tránh làm hỏng các linh kiện trong quá trình sấy. Sấy ở 125°C giúp loại bỏ độ ẩm dư thừa khỏi bao bì linh kiện và hợp chất đúc, khôi phục nó về điều kiện an toàn để hàn reflow. Thời gian sấy có thể được điều chỉnh dựa trên các đặc tính của linh kiện như mật độ đóng gói, miễn là mối tương quan với thời gian sấy tiêu chuẩn được thiết lập.

Bằng cách tuân thủ các yêu cầu ngâm và nung thích hợp cho từng MSL, các nhà sản xuất điện tử có thể đảm bảo rằng các linh kiện nhạy cảm với độ ẩm được xử lý và gia công đúng cách, giảm thiểu rủi ro hư hỏng do độ ẩm trong quá trình lắp ráp PCB.