重點摘要:MSL 等級是什麼?
MSL 是塑膠封裝 IC 的濕敏等級,依 IPC/JEDEC J-STD-020 分級、依 J-STD-033 規範處理。等級決定「地板壽命」:拆開防潮袋後,在 30°C/60% RH 以下可以放多久再回焊,例如 MSL 3 是 168 小時。MSL 2 到 5a 出貨要做乾燥包裝:元件、乾燥劑、濕度指示卡一起封入防潮袋(MBB)並熱封。拆袋時濕度指示卡變色,或超過地板壽命,就要先烘烤再回焊,否則封裝內的水氣在回焊時汽化,可能造成脫層或裂開(俗稱爆米花效應)。
MSL 等級是什麼?為什麼 IC 怕濕?
塑膠封裝材料會吸收空氣中的水氣。IC 回焊時溫度高達 245–260°C,封裝裡的水氣瞬間汽化、壓力上升,可能讓封裝內部脫層,甚至裂開,業界稱為「爆米花效應」(popcorn effect)(TI,AN-2029)。
MSL 就是把「多容易吸濕、吸了多少會出事」分成等級。兩份標準分工如下:J-STD-020 規定怎麼測、判定元件屬於哪一級;J-STD-033 規定各等級怎麼包裝、儲存、出貨與烘烤(TI,MSL Ratings and Reflow Profiles)。
MSL 等級表:1 到 6 級,拆袋後能放多久?
| MSL 等級 | 地板壽命(拆袋後) | 環境條件 | 出貨要不要乾燥包裝 |
|---|---|---|---|
| 1 | 無限制 | ≤30°C/85% RH | 不需要 |
| 2 | 1 年 | ≤30°C/60% RH | 需要 |
| 2a | 4 週 | ≤30°C/60% RH | 需要 |
| 3 | 168 小時 | ≤30°C/60% RH | 需要 |
| 4 | 72 小時 | ≤30°C/60% RH | 需要 |
| 5 | 48 小時 | ≤30°C/60% RH | 需要 |
| 5a | 24 小時 | ≤30°C/60% RH | 需要 |
| 6 | 使用前必須烘烤,烘烤後依標籤時間內回焊 | ≤30°C/60% RH | — |
資料來源:TI,AN-2029、TI,SPRABY1A。TI 指出多數半導體產品落在 MSL 3 或更高;MSL 1 即使在 85% RH 也不算濕敏,不需要乾燥包裝。
「地板壽命」是累計時間:從拆開防潮袋開始算,到完成回焊為止。環境溫濕度比 30°C/60% RH 低,實際可放的時間會變長;比它高,就會變短。
乾燥包裝(Dry Pack)怎麼做?
MSL 2 到 5a 的元件出貨前,要依 J-STD-033 做乾燥包裝。流程如下(eesemi,Dry Packing、TI,AN-2029):
確認元件夠乾
封袋前元件要是乾燥狀態,必要時先烘烤,把封裝裡的水氣趕出來。
放入防潮袋(MBB)
MBB 是 Moisture Barrier Bag,多為鋁箔複合材質,要能熱封、阻隔水氣,並具備防靜電能力。
放入乾燥劑與濕度指示卡
乾燥劑吸收袋內殘留水氣;濕度指示卡(HIC)記錄袋內曾經到過的濕度,讓收貨端一打開就能判斷。
抽真空、熱封
實務上會抽真空讓袋子貼合,再熱封封口。只用膠帶或折起來封住,等於沒有防潮效果。
貼標
防潮袋外要標示 MSL 等級、封袋日期與注意事項,讓下游知道拆袋後的時限。
依 J-STD-033,密封完整的乾燥包裝,自封袋日起至少可保存 12 個月;個別原廠會依自家驗證訂得更長,例如 TI 訂為 3 年(40°C/90% RH 以下)(TI,AN-2029)。
出貨量大的封測廠,這一段往往是包裝站最吃人力的地方:核對料號、放袋、封口、折袋、貼標都靠手工。想了解哪些步驟可以自動化,請見〈半導體內盒全自動包裝機〉。
濕度指示卡怎麼判讀?
濕度指示卡上有 5%、10%、60% 三個點,乾燥時是藍色,濕度超過該數值會轉成粉紅色。打開防潮袋後要馬上看,判讀規則印在卡片上,以 J-STD-033 的卡片為例(TI,AN-2029):
| 元件等級 | 什麼情況要烘烤 |
|---|---|
| MSL 2 | 60% 的點不是藍色 |
| MSL 2a–5a | 10% 的點不是藍色,且 5% 的點已變粉紅色 |
| 放卡片之前 | 60% 的點已是粉紅色的卡片,不可放進袋子使用 |
卡片的顏色變化可逆,乾燥後會變回藍色;但曾暴露在 60% 以上高濕度的卡片,低濕度讀數會不準,不建議重複使用(Desco,TB-9086)。各家卡片印字可能依標準版本略有不同,以手上卡片的印字為準。
超過地板壽命怎麼辦?烘烤條件
地板壽命用完,或濕度指示卡顯示受潮,回焊前要先烘烤除濕。J-STD-033 依封裝厚度、MSL 等級與超時多久,訂出 125°C、90°C、40°C 三種溫度的烘烤時間。以下摘錄厚度 1.4 mm 以下的封裝(TI,AN-2029,摘錄自 J-STD-033B.1):
| MSL | 125°C 超時 >72 h | 125°C 超時 ≤72 h | 90°C ≤5% RH 超時 >72 h | 40°C ≤5% RH 超時 >72 h |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 5 小時 | 3 小時 | 17 小時 | 8 天 |
| 2a | 7 小時 | 5 小時 | 23 小時 | 9 天 |
| 3 | 9 小時 | 7 小時 | 33 小時 | 13 天 |
| 4 | 11 小時 | 7 小時 | 37 小時 | 15 天 |
載具決定能用幾度烤。載帶、捲盤(Reel)、料管屬於低溫載具,連同載具烘烤不可超過 40°C;只有耐高溫的 Tray 能承受 125°C(TI,AN-2029)。所以捲盤包裝的元件一旦受潮,往往要烤上一到兩週,這也是出貨端把乾燥包裝做確實的價值:省下的是下游的烘烤時間與交期。
表格為摘錄,厚度更大的封裝、BGA 與堆疊封裝時間更長;實際條件請依 J-STD-033 原文與元件原廠文件。
J-STD-033 中文重點整理
| 項目 | 重點 |
|---|---|
| 全名 | Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices |
| 制定單位 | IPC 與 JEDEC 共同制定(JEDEC) |
| 現行版本 | J-STD-033D,2018 年 4 月 |
| 和 J-STD-020 的分工 | 020 決定元件是哪一級;033 決定各級怎麼包、怎麼放、怎麼烤 |
| 規範內容 | MSL 地板壽命、乾燥包裝材料(防潮袋、乾燥劑、濕度指示卡)、標示、儲存、烘烤條件 |
本文為重點整理,非標準譯本;標準原文需向 IPC 或 JEDEC 購買。
常見問題
MSL 等級是什麼意思?
MSL 是 Moisture Sensitivity Level,中文常稱濕敏等級,用來標示塑膠封裝 IC 有多容易吸濕。分為 1、2、2a、3、4、5、5a、6 共八級,數字越大,拆袋後能在 30°C/60% RH 環境放置的時間越短。等級由 J-STD-020 測試判定,處理方式依 J-STD-033。
MSL 3 是多久?
MSL 3 的地板壽命是 168 小時,也就是拆開防潮袋後,在 30°C/60% RH 以下的環境累計 7 天內要完成回焊。超過時間要先烘烤。多數半導體產品落在 MSL 3 或更高。
哪些 MSL 等級需要乾燥包裝?
MSL 1 不需要乾燥包裝。MSL 2 到 5a 出貨時要做乾燥包裝:元件連同乾燥劑、濕度指示卡封入防潮袋(MBB)。MSL 6 不論包裝如何,使用前都必須烘烤,並在標籤時間內回焊。
濕度指示卡怎麼看?
打開防潮袋後馬上看卡片。依 J-STD-033 卡片上的印字:MSL 2 的元件,60% 的點不是藍色就要烘烤;MSL 2a 到 5a 的元件,10% 的點不是藍色、且 5% 的點已變粉紅,就要烘烤。實際判讀以卡片印字為準。
Reel 捲盤包裝的 IC 可以直接拿去 125°C 烘烤嗎?
不行。載帶、捲盤與料管屬於低溫載具,原廠文件指出不可在高於 40°C 的溫度下連同載具烘烤;只有耐高溫的 Tray 可以承受 125°C。捲盤包裝的元件只能用 40°C 低溫烘烤,時間要以天計。
J-STD-033 現行版本是哪一版?有中文版嗎?
現行版本是 2018 年 4 月發布的 J-STD-033D,由 IPC 與 JEDEC 共同制定,需向 IPC 或 JEDEC 購買。本文為重點整理,正式判定請以標準原文為準。