Qu’est-ce que le test de niveau de sensibilité à l’humidité (test MSL) ?

L'humidité est l'un des facteurs climatiques les plus importants à prendre en compte lors des essais de produits et de matériaux. Le contrôle de l'humidité est crucial dans la plupart des essais, mais certains se concentrent sur des dommages spécifiques liés à l'humidité dans des conditions particulières.

C’est le cas du test de niveau de sensibilité à l’humidité ou test MSL.

Que signifie le terme « niveau de sensibilité à l'humidité » ?

Le niveau de sensibilité à l'humidité est calculé à l'aide d'une échelle de valeurs allant de 1 à 6, qui indiquent le niveau de sensibilité aux dommages causés par l'absorption d'humidité.

Cependant, cette échelle ne s'applique pas à tous les dommages causés par l'humidité à tous les types de produits et de matériaux.

Il est en revanche conçu pour un type de produit spécifique, à savoir les conducteurs et les semi-conducteurs, et calcule les dommages causés par un processus de dégradation particulier lié à l'humidité.

Examinons cela de plus près.

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À quoi sert le test de sensibilité à l'humidité ?

Les semi-conducteurs et les composants électroniques peuvent absorber l'humidité en quantités variables selon leur construction et leur positionnement à l'intérieur de l'appareil.

Lorsque l'humidité emprisonnée à l'intérieur du semi-conducteur est libérée, elle peut provoquer divers dommages, allant de petites fissures à de véritables explosions de semi-conducteurs, connues sous le nom d'« effet popcorn ».

Le test MSL est utilisé pour établir le degré d'absorption d'humidité d'un composant examiné, puis lui attribuer une valeur comprise entre 1 et 6 sur l'échelle de sensibilité.

En fonction de sa valeur, le composant nécessitera des phases de « cuisson », c’est-à-dire de cuisson et de déshumidification, afin de garantir un cycle de vie plus long.

Mais qu'est-ce que la pâtisserie ? 

Puisque cela fait partie intégrante du test, nous le découvrirons dans le paragraphe suivant.

Fonctionnement du test de sensibilité à l'humidité selon la norme J-STD-020

La procédure du test de niveau de sensibilité à l'humidité est définie dans une norme internationale pertinente, la J-STD-020.

Le test MSL comporte plusieurs phases.

L'échantillon est d'abord soumis à un contrôle visuel et microacoustique dans des conditions normales. Il est ensuite étuvé pendant 24 heures à 125 °C afin d'être complètement déshumidifié. 

On lui fait ensuite subir le processus inverse d'humidification , et on observe une série de libérations successives de l'humidité emprisonnée afin d'évaluer finalement l'étendue des dommages subis.

En fonction du résultat, l'échantillon est positionné sur une échelle de 1 à 6, indiquant son niveau de sensibilité aux dommages causés par l'humidité.

Le four FDM pour le test de niveau de sensibilité à l'humidité

Comme nous l'avons vu, la phase de cuisson est essentielle tant dans le test MSL que dans le reconditionnement périodique ultérieur auquel les composants seront soumis.

Pour cuire les semi-conducteurs de manière professionnelle et conformément aux normes internationales, il n'existe pas de meilleur outil qu'un four de séchage de laboratoire.

Les fours de séchage de laboratoire FDM sont capables d'effectuer la phase de cuisson, le test MSL et de nombreux autres tests climatiques qui nécessitent d'atteindre et de maintenir des températures extrêmes.

Pour plus d'informations, n'hésitez pas à nous contacter.

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Normes de référence

• Norme IPC/JEDEC J-STD-020E — Classification de la sensibilité à l'humidité et au refusion des composants montés en surface non hermétiques
• Norme IPC/JEDEC J-STD-033C — Manutention, emballage, expédition et utilisation des dispositifs sensibles à l'humidité
• JESD22-A113 — Préconditionnement des composants non hermétiques à montage en surface avant les tests de fiabilité
• JESD22-A118 — Résistance accélérée à l'humidité — HAST non biaisé
• IPC-M-108 — Manipulation des composants sensibles à l'humidité

Sources faisant autorité

• JEDEC J-STD-020 — Norme de référence pour la classification MSL.
• IPC — Association reliant les industries électroniques.
• JEDEC — Conseil conjoint d'ingénierie des dispositifs électroniques.

Foire aux questions sur le test MSL

Que sont les niveaux MSL et comment sont-ils classés ?

Le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) classe les composants électroniques selon leur tolérance à l'humidité ambiante pendant leur stockage avant le brasage par refusion. Huit classes existent, allant de MSL 1 (aucune limite – non sensible) à MSL 6 (étuvage obligatoire avant chaque utilisation). Les plus courantes sont : MSL 2 (durée de vie au sol : 1 an), MSL 3 (168 heures), MSL 4 (72 heures) et MSL 5 (48 heures). La durée de vie au sol correspond à la durée maximale, dans un environnement standard à 30 °C et 60 %RH , entre l'ouverture du sachet MBB et le brasage par refusion.

Comment se déroule un test de classification MSL ?

Procédure J-STD-020E : (1) Préchauffage de 24 h à 125 °C pour séchage ; (2) Trempage en chambre climatique selon le niveau cible (par exemple, MSL 3 = 192 h à 30 °C/60 %RH, ou 40 h accélérées à 60 °C/60 %RH) ; (3) Triple refusion selon le profil de brasage sans plomb, avec une température maximale de 260 °C ; (4) Inspection par microscopie acoustique à balayage (SAM) pour détecter les délaminations, les fissures et les défauts de structure. L’absence de défauts après les trois refusions confirme la classification.

Qu’est-ce que le phénomène du « popcorning » ?

Lors du refusion à 260 °C, l'humidité absorbée par la résine de moulage (boîtier plastique) se vaporise. La pression interne excède la résistance mécanique et provoque la rupture du boîtier par expansion explosive (d'où l'« effet popcorn »). Les dommages incluent : le délaminage de la résine, la fissuration des fils de connexion, des fissures au niveau des voies d'humidité internes et la fracture de la puce en silicium. L'effet popcorn visible est rare, mais les dommages sous-jacents, détectables uniquement par auto-assemblage dirigé (SAM), sont plus fréquents et critiques pour la fiabilité.

Comment gérer le MSL dans la production SMT ?

Meilleures pratiques J-STD-033 : (1) Sac barrière anti-humidité (MBB) avec gel de silice et carte indicatrice d’humidité (HIC) ; (2) Suivi de la durée de vie du sol avec des étiquettes et des journaux ERP ; (3) Récupération par étuvage RH); (4) Dry cabinet < 5 % RH); (4) Dry cabinet Armoire sèche RH per storage componenti aperti; (5) Work order <5% RH per storage componenti aperti; (5) Work order Les ordres de travail imposent un délai de 8 à 16 heures entre l'ouverture du MBB et le refusion. Les entreprises certifiées IPC-QPS assurent une traçabilité complète du MSL pour les audits des clients de premier rang des secteurs automobile et aérospatial. Dry cabinet a Work order con limite di 8-16h tra apertura MBB e reflow. Le aziende con certificazione IPC-QPS implementano tracciabilità completa MSL per audit clienti tier-1 automotive/aerospace.