什么是MSL湿敏等级？详解电子制造业中的重要技术指标

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什么是MSL湿敏等级？详解电子制造业中的重要技术指标

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MSL湿敏等级是电子制造业中一个重要的技术指标，用于评估塑料封装表贴器件在高温焊接工艺中的可靠性。本文将详细介绍MSL湿敏等级的定义、分类及其在实际生产中的应用，帮助读者全面理解这一重要概念。

潮敏失效的原理

潮敏失效是塑料封装表贴器件在高温焊接工艺中表现出来的特殊失效现象。造成此类问题的原因是器件内部的潮气在高温下膨胀，导致器件损坏。MSL（Moisture Sensitivity Level）即湿气敏感性等级，针对需进行回流焊的产品设定了基准标准，其分类为1至6级，数字越小，表示其因水分蒸发导致体积膨胀所造成损坏的风险越低。

潮湿敏感元件产生危害的原理

器件暴露在大气中时，大气中的水分会通过扩散渗透到湿度敏感器件的封装材料内部。当器件经过贴片贴装到PCB上后，需要流经回流焊炉进行回流焊接。在回流区，整个器件在无铅焊接的峰值温度可达245度左右。

在回流区的高温作用下，器件内部的水分会快速膨胀，导致器件不同材料之间的配合失去调节，各种连接产生不良变化，从而导致器件剥离分层或者爆裂，影响器件的电气性能。破坏程度严重时，器件外观会发生变形、出现裂缝等。像ESD（静电放电）破坏一样，大多数情况下，肉眼是看不出来这些变化的，而且在测试过程中，MSD（Moisture Sensitive Devices）也不会表现为完全失效。

封装的膨胀程度取决于以下因素：塑料组成成分、实际吸收湿气的数量、温度、加热速度以及塑料的厚度。当由此引起的压力超过塑料化合物的弯曲强度时，封装就可能会裂开，或至少在界面间产生分层。

潮湿敏感元件危害的表现形式

在回流焊过程中，元件将经历一个温度迅速变化的过程，其内部如果吸收有湿气就会转变为过热蒸汽，蒸气压的突变将导致封装发生膨胀。其表现形式主要有以下几点：

组件在晶芯处产生裂缝
IC集成电路及其它元器件在存放时内部氧化短路
引线被拉细甚至破裂
回流焊接期间器件内部产生脱层。塑料从芯片或引脚框上的内部分离(脱层)线捆接损伤、芯片损伤
最严重的情况就是元件鼓胀和爆裂

MSL的定义及级数

为了应对SMD（表面贴装器件）制程零件越来越普遍的趋势，IPC/JEDEC定义了一套湿度敏感等级验证标准。这份标准主要是帮助IC制造厂确定其所生产的元器件对潮湿的敏感性。

IPC/JEDEC J-STD-20 MSL Classifications

根据标准，MSL被分为1、2、2a、3、4、5、5a、6等级数。一般来说，级数越大，物料对潮温的敏感度越大，物料越易吸潮。

以等级3（level 3）为例，如果零件暴露在摄氏温度30° C与60％湿度以内的环境下，其存放时间就不可以超过192小时（其中需扣除IC半导体厂商的24小时的曝露时间，所以SMT表面贴着厂就只剩下168小时(=192-24)的车间时间了）。也就是说，对于等级3的IC从真空包装中取出后，就必须在168个小时内打件并过完Reflow（回流焊）。如果不能在规定时间内过完Reflow，就必须重新真空包装，最好重新烘烤后再重新包装，因为重新烘烤后的时间就可以归零重算。如果超过规定时间，就一定要重新烘烤后才能使用。