استاندارد MSL و اثر پاپ کورن:

نویسنده: اوژن کی نژاد

آیا ممکن است خارج کردن آی سی از بسته بندی پک شده آن و قرار گرفتن در معرض هوای محیط منجر به آسیب دیدن آی سی از درون شود؟ در شرایطی جواب می تواند مثبت باشد. اما چطور چنین چیزی ممکن است؟ پاسخ این سوال به رطوبت حبس شده در داخل آی سی ها و امکان جذب رطوبت توسط آی سی از هوای محیط مرتبط است. مطابق استاندارد MSL که مخفف Moisture Sensitivity Level است هر قطعه، حساسیت مشخصی در برابر رطوبت هوای محیط دارد و بسته به درجه بندی قطعه از نظر حساسیت به رطوبت (که از MSL1 شروع می شود و تا اعداد بالاتر ادامه می یابد)، قرار گرفتن قطعه در معرض هوای محیط بیش از مدت زمان معین می تواند منجر به نفوذ رطوبت در آن به میزانی شود که به قطعه آسیب وارد کند. اما این رطوبت حبس شده در داخل آی سی چطور می تواند باعث آسیب رساندن به آن شود؟ در هنگام لحیم کاری یا حرارت دهی با هوای گرم، افزایش دمای سریع قطعه و در نتیجه انبساط ناگهانی رطوبت حبس شده در آن می تواند باعث آسیب رساندن به ساختار داخلی چیپ یا قطع کردن مسیرهای داخلی و مواردی از این دست شود. به این پدیده در اصطلاح اثر پاپ کورن یا Popcorn effect گفته می شود. آسیب وارد شده به قطعه در بسیاری از موارد با چشم قابل تشخیص نیست و بصورت داخلی اتفاق می افتد. در مواردی هم اثر تخریبی این انبساط ناگهانی رطوبت به حدی زیاد است که حتی در ظاهر پکیج هم قابل تشخیص است. بنابراین هر قطعه بسته به شماره MSL آن تنها به میزان مشخصی مجاز است در معرض هوای توام با رطوبت محیط قرار بگیرد و قبل از سپری شدن زمان مذکور باید روی برد نصب شود. زمان مجاز برای قرار گرفتن قطعه در معرض هوای محیط برحسب شماره MSL در پایین نمایش داده شده است:

MSL1 - نامحدود
MSL2 - یک سال
MSL2A - چهار هفته
MSL3 - هفت روز معادل ۱۶۸ ساعت
MSL4 - سه روز معادل ۷۲ ساعت
MSL5 - دو روز معادل ۴۸ ساعت
MSL5A - یک روز معادل ۲۴ ساعت
MSL6 - قبل از نصب باید حتما با دمای معین و به مدت مشخص حرارت داده شود

اگر قطعه ای در زمانی بیش از مقدار مجاز ذکر شده در استاندارد MSL در معرض هوای محیط قرار گرفت، قبل از نصب باید به مدت زمان معین در دمای مشخصی که در جداول ذکر شده حرارت داده شود که به این عملیات Baking گفته می شود. منظور از هوای محیط دمای حداکثر ۳۰ درجه سانتیگراد با رطوبت ۶۰ درصد برای قطعات با درجه بندی MSL2 تا MSL6 و همین دما و رطوبت ۸۵ درصد برای قطعات با درجه بندی MSL1 است.
نکته قابل ذکر این است که آی سی های با پکیج نازک تر و ظریف تر مانند پکیج های BGA معمولا دارای عدد MSL بالاتری هستند و نسبت به نفوذ رطوبت حساس تر هستند و چنین قطعاتی باید در بسته بندی های مخصوص حاوی رطوبت گیر نگهداری شوند.
به عنوان یک مثال از قطعات معمول، STM32F407VET6 که پکیج آن LQFP100 است دارای درجه حساسیت MSL3 است و بنابراین حداکثر ۷ روز بعد از قرار گرفتن در معرض هوای محیط این فرصت وجود دارد تا روی برد نصب شود و اگر این ۷ روز بگذرد، باید قبل از نصب به میزان معلومی حرارت داده شود.
مطابق این بحث آی سی هایی با درجه MSL بالا که بدون توجه به حساسیت آنها به نفوذ رطوبت محیط، به مدت طولانی در محیط نامناسب نگهداری شوند حتی اگر اصلی و اوریجینال باشند، قابل اطمینان نیستند و ممکن است بعد از حرارت دیدن در هنگام نصب به درستی کار نکنند. پس به غیر از اصلی و اوریجینال بودن یک قطعه توجه به شرایط نگهداری متناسب با عدد MSL آن قطعه هم بسیار مهم است.

توجه: مطلب بالا ترجمه مستقیم متن خاصی نیست و برداشت نویسنده از منابع مختلف است که بصورت تالیفی نوشته شده است.
(نقل با ذکر منبع)

@KnowledgePlus