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MSL-- 濕敏等級

2025-02-19
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MSL是 Mositure Sensitivity Level的簡稱,即濕敏等級,也叫潮敏等級,表征芯片抗潮濕環境的能力,這是一個極為重要然而卻極容易被電子工程師忽略的參數。
通常芯片裸露在開放的環境下會吸收潮氣,潮氣可能順著管腳侵入到芯片塑封體內,在過SMT回流焊時,潮氣由于瞬間的高溫而膨脹,會有概率發生所謂“爆米花”(POPCORN)的現象。


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根據JEDEC J-STD-020D標準,MSL的分類有8級,具體如下:
MSL1 級 - 小于或等于30°C/85% RH 無限車間壽命
MSL2 級 - 小于或等于30°C/60% RH 一年車間壽命
MSL2a級 - 小于或等于30°C/60% RH 四周車間壽命
MSL3 級 - 小于或等于30°C/60% RH 168小時車間壽命
MSL4 級 - 小于或等于30°C/60% RH 72小時車間壽命
MSL5 級 - 小于或等于30°C/60% RH 48小時車間壽命
MSL 5a級 - 小于或等于30°C/60% RH 24小時車間壽命
MSL6 級 - 小于或等于30°C/60% RH 即時車間壽命(對于6級, 元件使用之前必 須經過烘烤,并且必須在潮濕敏感注意標貼上所規定的時間限定內過回流焊)
這里特別需要注意,如果環境溫度或空氣濕度大于對應等級的限定測試條件,芯片可以裸露在開放環境的時間將短于標準中給出的時間。
一旦潮氣進入到芯片內部,SMT時就會有概率產生足夠的蒸汽壓力損傷或毀壞元件。常見的損傷情況包括塑膠體從芯片或引腳框上的內部分離(脫層)、綁定線焊接損傷、芯片損傷或芯片內部出現裂紋(在芯片表面無法觀察出來)等。最嚴重的情況就是芯片鼓脹和爆裂(即“爆米花”效應)。
另外,潮氣侵入芯片內部后,還可能會帶來電化學腐蝕,水汽在通電情況下可能會被電離生成氫氧根,氫氧根與鍵合PAD甚至芯片內部的金屬層發生化學反應,從而導致出現水合氧化物,而氧化物又會吸收一部分水汽,在封裝樹脂與金屬界面中出現較為脆弱的部分,導致粘結失效。如果潮氣中存在著鉀、納、氯等離子的話,就會大大增加芯片、引線框架以及PAD發生腐蝕的概率,從而導致出現分層或者剝離的現象。當發生分層后,潮氣侵入的難度就大大降低,芯片的可靠性也會大大降低。


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在兼顧成本并結合實際生產流程管控的考慮下,大部分芯片會選擇MSL3的封裝濕敏等級,并采用真空密封袋包裝,同時會放入干燥劑和濕敏卡。芯片拆包后要盡快完成貼片和測試,然后涂上三防漆等涂料做濕敏防護。一旦發現真空袋漏氣、濕敏卡變色或者拆包后放置時間過長,使用前務必要按照標準流程做烘烤動作,以保證芯片使用的安全。
潤石科技的車規產品全部采用MSL1等級,部分工業級產品也采用了MSL1等級,以更好應對不同產品系統的苛刻操作環境或者生產環境。


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成本與品質猶如魚與熊掌。濕敏等級越高,封裝材料和工藝成本就越高,芯片價格也就越貴。電子工程師在選型時就需要根據SMT生產管控能力、成品的工作環境和市場定位來選擇能接受的成本、也就是芯片的質量等級。


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