مستوى حساسية الرطوبة

يرتبط مستوى حساسية الرطوبة (MSL) باحتياطات التغليف والمناولة لبعض أشباه الموصلات، وهو تصنيف يُظهر مدى قابلية الجهاز للتلف نتيجة امتصاص الرطوبة عند خضوعه لعملية لحام إعادة التدفق كما هو محدد في معيار J-STD-020. يُعدّ مستوى حساسية الرطوبة معيارًا إلكترونيًا للفترة الزمنية التي يمكن خلالها تعريض جهاز حساس للرطوبة لظروف الغرفة المحيطة (30  درجة مئوية/85% رطوبة نسبية عند المستوى 1؛ 30  درجة مئوية/60% رطوبة نسبية عند جميع المستويات الأخرى) دون اتخاذ تدابير لإبطاء امتصاص الرطوبة.

تُغلّف أشباه الموصلات الحديثة عادةً ببلاستيك مصبوب. يمتص هذا البلاستيك الرطوبة من الهواء المحيط ويحتفظ بها. عند لحام أو فك لحام غلاف شبه الموصل ، يتعرض لتسخين سريع. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تحول الرطوبة المحتبسة إلى بخار، ساعيًا إلى التمدد والخروج من الغلاف. قد تكون عملية تمدد الرطوبة وخروجها عنيفة، مما يؤدي إلى انفصال داخلي ( انفصال الطبقات ) للبلاستيك عن الرقاقة أو إطار التوصيل، وتلف وصلات الأسلاك، وتلف الرقاقة، وتشققات داخلية. (لا يظهر معظم هذا التلف عادةً على السطح الخارجي للمكون، ويجب تقييمه باستخدام المجهر الصوتي و/أو الأشعة السينية ). في الحالات الأكثر شدة، تمتد التشققات إلى سطح المكون. وفي الحالات الأشد خطورة، ينتفخ المكون وينفجر، فيما يُعرف بتأثير "الفشار".

تشمل الطرق النموذجية لتقليل خطر التلف ما يلي: 1) خبز المكونات عند درجة حرارة تقارب أو تزيد عن 100  درجة مئوية قبل اللحام، 2) تخزين المكونات المعرضة للتلف في أكياس عازلة للرطوبة بعد الخبز، و3) استخدام التسخين المسبق لمنطقة لوحة الدوائر المطبوعة قبل اللحام لتقليل التغير المفاجئ في درجة الحرارة الذي ستتعرض له العبوة.

تُحدد مستويات حساسية الرطوبة في المعيار الفني IPC / JEDEC لتصنيف حساسية الرطوبة/إعادة التدفق للأجهزة غير المحكمة الإغلاق المثبتة على السطح . ^{[ 1 ]} تشير الأوقات إلى المدة التي يمكن أن تبقى فيها المكونات خارج التخزين الجاف قبل أن يلزم خبزها لإزالة أي رطوبة ممتصة.

• مستوى حساسية الحرارة 6 - يجب خبزها قبل الاستخدام
• مستوى حساسية الميكروبات 5أ - 24 ساعة
• MSL 5 – 48 ساعة
• MSL 4 – 72 ساعة
• MSL 3 – 168 ساعة
• MSL 2a – 4 أسابيع
• MSL 2 – 1 سنة
• MSL 1 – عمر أرضي غير محدود

يتم تغليف الأجهزة الحساسة للرطوبة في كيس مضاد للكهرباء الساكنة مع حاجز للرطوبة ومادة مجففة وبطاقة مؤشر الرطوبة، ويتم إغلاق الكيس بإحكام.

يجب خبز الأجزاء المحددة وفقًا لمستوى حساسية الرطوبة (MSL) قبل التجميع إذا تجاوز تعرضها للرطوبة الحد المسموح به. وتعتمد درجة الخبز المعتمدة على سمك العبوة، ومدة تعرضها للرطوبة، والرطوبة النسبية للجو الذي تعرضت له، ومستوى حساسية الرطوبة (MSL) للجزء، حيث يُتوقع عمومًا أن تحتاج العبوات الرقيقة إلى وقت خبز أقل ودرجات حرارة أقل. ^{[ 2 ]}

على سبيل المثال، يحتاج مستخدم نهائي لحزمة SOT-223، MSL 3 (بسماكة 1.8 مم) تعرضت لظروف الهواء المحيط العادية لمدة 72 ساعة أطول من عمرها الافتراضي (168 ساعة)، إلى إجراء عملية تسخين لمدة 27 ساعة عند 120  درجة مئوية قبل اللحام. أما في ظل نفس الظروف المحيطة، وباستخدام حزمة VQFN-24، MSL 3 (بسماكة 0.85 مم)، فسيتعين عليه إجراء عملية تسخين لمدة 8 ساعات عند نفس درجة الحرارة. ^{[ 3 ]} من المتوقع أن يقوم المستخدم بلحام القطعة في غضون دقائق إلى ساعات قليلة بعد اكتمال التسخين والتبريد، حيث ستبدأ القطعة بامتصاص الرطوبة مرة أخرى بمجرد أن تبرد الحزمة.  لا يُنصح عمومًا بتجاوز مدة التسخين عند درجات حرارة تتراوح بين 90 و120 درجة مئوية 96 ساعة، وذلك خشية تعزيز الأكسدة و/أو نمو المركبات المعدنية البينية، بينما لا يوجد حد زمني عملي للتسخين عند درجات حرارة أقل من 90 درجة مئوية. ^{[ 4 ]}

بعد عملية اللحام، لا تُعتبر حساسية الرطوبة عاملاً مهماً في الغالب. وذلك لأن تصنيف مستوى حساسية الرطوبة (MSL) يُعنى بعملية اللحام أو فك اللحام، والتي تُعرّض القطعة لإجهاد حراري مرتفع وسريع نسبياً. أثناء الاستخدام العادي، بما في ذلك عند توصيل الطاقة، من غير المرجح أن تتعرض العبوة البلاستيكية لظروف حرارية مماثلة لتلك التي تحدث أثناء عملية اللحام نفسها.

على الرغم من أن معايير مستوى حساسية الحرارة (MSL) لا يُقصد تطبيقها صراحةً أثناء اللحام اليدوي وإعادة العمل، ^{[ 5 ]} إلا أن ارتفاع درجة الحرارة أثناء إعادة العمل اليدوي قد يقترب من ارتفاع درجة حرارة اللحام بالتدفق على جزء من العبوة أو كاملها. لذا، ينبغي على المستخدم تقييم مدى ملاءمة تجاهل شروط التسخين وفقًا لمعايير مستوى حساسية الحرارة (MSL) في ظروفه.

• https://www.ipc.org/TOC/IPC-JEDEC-J-STD-020E.pdf
• https://www.bourns.com/docs/RoHS-MSL/msl_mf.pdf
• https://electronics.stackexchange.com/questions/23044/ics-with-humidity-or-moisture-sensitivity-bake-recommendations