Nivel de sensibilidad a la humedad

El nivel de sensibilidad a la humedad (MSL, por sus siglas en inglés) se refiere a las precauciones de embalaje y manipulación de algunos semiconductores y es una clasificación que muestra la susceptibilidad de un dispositivo a sufrir daños debido a la humedad absorbida durante el proceso de soldadura por reflujo, según se define en la norma J-STD-020. El MSL es un estándar electrónico que determina el tiempo durante el cual un dispositivo sensible a la humedad puede estar expuesto a las condiciones ambientales de una habitación (30  °C/85 % HR en el Nivel 1; 30  °C/60 % HR en todos los demás niveles) sin tomar medidas para retardar la absorción de humedad.

Los semiconductores modernos suelen estar encapsulados en plástico moldeado. Este plástico absorbe y retiene la humedad del aire ambiente. Al soldar o desoldar un paquete de semiconductor , este se somete a un calentamiento rápido. El aumento de temperatura provoca que la humedad atrapada se convierta en vapor, se expanda y escape del paquete. Este proceso de expansión y escape de la humedad puede ser violento y provocar la separación interna ( delaminación ) del plástico del chip o marco de conexión, daños en las uniones de los cables, daños en el chip y grietas internas. (La mayor parte de estos daños generalmente no son visibles en la superficie externa del componente y deben evaluarse mediante microscopía acústica o radiología de rayos X ). En casos más extremos, las grietas se extienden hasta la superficie del componente. En los casos más graves, el componente se abomba y explota, en lo que se conoce comúnmente como el efecto "palomitas de maíz".

Los métodos típicos para reducir el riesgo de daños incluyen: 1) hornear los componentes a una temperatura cercana o superior a 100  °C antes de soldarlos, 2) almacenar los componentes susceptibles en bolsas con barrera contra la humedad después del horneado y 3) emplear el precalentamiento del área de la placa de circuito impreso antes de soldar para disminuir el transitorio de temperatura al que estará sometido el paquete.

Los niveles de sensibilidad a la humedad se especifican en la norma técnica IPC / JEDEC Clasificación de sensibilidad a la humedad/reflujo para dispositivos de montaje superficial no herméticos . ^{[ 1 ]} Los tiempos indican cuánto tiempo pueden permanecer los componentes fuera de un almacenamiento seco antes de que deban hornearse para eliminar la humedad absorbida.

• MSL 6 – Hornear obligatoriamente antes de usar.
• MSL 5a – 24 horas
• MSL 5 – 48 horas
• MSL 4 – 72 horas
• MSL 3 – 168 horas
• MSL 2a – 4 semanas
• MSL 2 – 1 año
• MSL 1 – Vida útil ilimitada en planta

Los dispositivos sensibles a la humedad se empaquetan en una bolsa antiestática con barrera contra la humedad, que incluye un desecante y una tarjeta indicadora de humedad, todo ello sellado.

Las piezas especificadas por MSL deben hornearse antes del ensamblaje si su exposición ha excedido la clasificación. El grado de horneado aprobado depende del grosor del paquete, el tiempo de exposición a la humedad, la humedad relativa de la atmósfera a la que estuvo expuesto y la clasificación MSL de la pieza; por lo general, se espera que los paquetes más delgados requieran menos tiempo de horneado y a temperaturas más bajas. ^{[ 2 ]}

Por ejemplo, un usuario final de un encapsulado SOT-223, MSL 3 (1,8 mm de espesor) que ha estado expuesto a condiciones ambientales típicas durante 72 horas más que su vida útil (168 horas) necesitaría realizar un horneado de 27 horas a 120  °C antes de soldar, pero bajo las mismas condiciones ambientales, utilizando un encapsulado VQFN-24, MSL 3 (0,85 mm de espesor), ese usuario tendría que realizar un horneado de 8 horas a la misma temperatura. ^{[ 3 ]} Se espera que el usuario suelde la pieza entre unos minutos y unas horas después de que finalice el horneado y el enfriamiento, ya que la pieza comenzará a absorber humedad nuevamente tan pronto como el encapsulado se enfríe.  Generalmente no se recomienda hornear a temperaturas entre 90 °C y 120 °C durante más de 96 horas debido a la preocupación de promover la oxidación y/o el crecimiento intermetálico; sin embargo, hornear a temperaturas inferiores a 90 °C no tiene un límite de tiempo práctico. ^{[ 4 ]}

Una vez soldada, la sensibilidad a la humedad generalmente deja de ser un factor a considerar. Esto se debe a que la clasificación MSL se refiere al proceso de soldadura o desoldadura, que somete la pieza a un estrés térmico relativamente rápido. Durante el uso normal, incluso al conectar la alimentación, es poco probable que el encapsulado de plástico se vea expuesto a temperaturas similares a las de la soldadura.

Aunque los estándares MSL no están diseñados explícitamente para aplicarse durante la soldadura y el retrabajo manual, ^{[ 5 ]} las condiciones de aumento de temperatura del retrabajo manual pueden aproximarse a las de la soldadura por reflujo en una parte o en la totalidad del encapsulado. El usuario debe evaluar si ignorar las condiciones de horneado MSL es apropiado en sus circunstancias.

• 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