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J-STD-020, Moisture Sensitivity Levels(MSL)濕度敏感等級分類解說
短小輕薄是現代科技的趨勢，連帶著電子零組件也得越做越小，可是越小的零件，其抗濕能力就越差，也越難承受 SMT reflow 高溫的洗禮。
再者，IC零件的封裝方式也越來越多樣化，只是不同的封裝製程及材料就代表著會有不同抗濕度入侵的能力。
一般來說，早期的傳統插件零件(DIP)，因為零件較大、結構也夠堅固，所以其抗濕度、防膨脹能力也比較好。
想想看為何表面黏著(SMT)製程的零件比傳統插件(DIP)對濕氣影響來得敏感？其原因大概可以歸納如下：
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SMD製程的零件通常比較薄，所以比較不耐熱衝擊，且容易因為應力而造成彎折。
-
SMD製程的零件比傳統插件更不耐濕氣影響，因為封裝的材料變少了，所以只要一點點的濕氣進入，經過高溫之後就會因為濕氣急速膨脹而引起分層(de-lamination)問題。
電子零件如果遭到了濕氣入侵零件內部，其最常見到的問題，是在流經「Reflow(回流焊)」時水氣會因為溫度的快速上升變成水蒸氣而急速膨脹，進而由零件較脆弱(weak)的地方撐開，並造成零件分層剝離(delamination)的缺點，有時候零件雖然只有毛髮般的裂縫(micro crack)，但隨著時間的流逝，裂縫會越裂越大，到最後形成電路不良。
為了因應SMD製程零件越來越普遍的趨勢，IPC/JEDEC定義了一套標準的『濕度敏感等級』標準如下，有需要的朋友也可以到 Google 找【J-STD-020】。不過要注意的是，這份標準主要在幫助 IC製造廠 用以確認並定義其所生產之元器件到底符合哪種潮濕敏感等級（Moisture Sensitive Level, MSL）。如果是一般EMS工廠的SMT線建議參考J-STD-033以得到「濕敏等級」會有比較恰當的說明與了解。
下列這份表格的【Level】表示濕敏等級，等級從1～6，原則上【等級1（MSL 1）】表示零件對濕度的要求最低，也就是越不容易受到濕度的影響。而溼敏等級的數字越大，通常意謂著零件對濕度越敏感，也就是說只要零件暴露在有濕度的大氣環境中再流經回焊爐高溫就可能因為濕氣入侵而造成損害問題。
表格中的【Floor Life（車間時間）】表示各等級的零件可以暴露於「30°C / 60% RH」以下的環境時所能放置的最長時間，也就是零件拆封後可以停留於有溫濕度控制車間內的使用期限，可以看到允許暴露大氣時間隨著濕敏等級數字上升而一路往下降，因為對濕度越敏感的零件可以暴露於大氣環境中的時間也就越短。
表格中的【Soak Requirement（暴露濕度環境及時間要求）】算是本文的重頭戲，規範零件廠商測試其產品能夠符合何種「濕敏等級(MSL)」的預先暴露環境與時間條件。也就是待測試的樣品必須先置放於表格中所規定的溫度/濕度與一定時間後才能拿去過回焊爐(Reflow oven)，回焊爐的溫度也有規定，請自行參考IPC/JEDEC J-STD-020規範，之後還要經過40倍放大鏡與超聲波掃描儀（SAM, scanning acoustic microscope）檢查有無不正常的裂縫(crack)發生，還要再經過電測以確保所有的樣品沒有功能上的問題才算pass。
規格強烈建議測試零件的濕敏等級時最好從最低的濕敏等級開始測試，或依照過往的經驗判斷可能達到的等級開始測試，然後再依序提高標準往上測試，最終確認可以通過的濕敏等級。
測試的暴露時間裡有分Standard(標準)及Accelerated(加速)兩種規格，規格要求除非先前通過Standard暴露條件後發現有異常或已知[擴散啟動能量(Activation energy for Diffusion)]是 0.4-0.48eV（不要問工作熊什麼是「擴散啟動能量」？工作熊也不知道啊！），才可以使用「加速相當(Accelerated Equivalent)」條件。
Table 1. IPC/JEDEC J-STD-20C MSL Classifications
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Soak Requirements |
||||||
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Floor Life |
Standard |
Accelerated Equivalent |
||||
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Level |
Time |
Cond |
Time (hrs) |
Cond |
Time (hrs) |
Cond |
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1 |
unlimited |
≦30/85% |
168+5/-0 |
85/85 |
n/a |
n/a |
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2 |
1 year |
≦30/60% |
168+5/-0 |
85/60 |
n/a |
n/a |
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2a |
4 weeks |
≦30/60% |
696+5/-0 |
30/60 |
120+1/-0 |
60/60 |
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3 |
168 hours |
≦30/60% |
192+5/-0 |
30/60 |
40+1/-0 |
60/60 |
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4 |
72 hours |
≦30/60% |
96+2/-0 |
30/60 |
20+0.5/-0 |
60/60 |
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5 |
48 hours |
≦30/60% |
72+2/-0 |
30/60 |
15+0.5/-0 |
60/60 |
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5a |
24 hours |
≦30/60% |
48+2/-0 |
30/60 |
10+0.5/-0 |
60/60 |
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6 |
TOL |
≦30/60% |
TOL |
30/60 |
n/a |
60/60 |
1) TOL means ‘Time on Label’, or the time indicated on the label of the packing.
2) The standard soak time is the sum of the default value of 24H for the semiconductor manufacturer’s exposure time (MET) between bake and bag and the floor life or maximum time allowed out of the bag at the end user or distributor’s facility. For example, an MSL 3 package will require a standard soak time of 192 hours, which is 168 hours of floor life plus 24 hours between bake and bag at the semiconductor manufacturer.
TOL：Time On Label，參考零件包裝標籤上的指示時間。
以濕敏等級3 (MSL level 3)來舉例說明，從[Floor Life]看，如果零件拆封後暴露於攝氏溫度30°C與60％濕度以內的環境下，那麼其於車間的總暴露時間就必須在168小時內打件並過完回流焊(Reflow)，如果不能在規定時間內過完Reflow，就必須重新真空包裝，不過最好是重新烘烤後再重新包裝，因為重新烘烤後的時間就可以歸零重算。如果超過規定時間，則一定要重新烘烤後才能使用。
再看[Soak Requirements]，待測試的零件樣品必須先經過烘烤確定沒有濕氣後，放置於攝氏溫度30°C與60％濕度的標準下，其總暴露時間為192小時。不過這個192小時其實包含了IC零件半導體廠商從零件完成烘烤後到包裝前可能用掉24小時的車間曝露時間，一般稱這段時間為MET (Manufacturer’s Exposure Time)，所以給SMT表面貼著廠就只剩下168小時(=192-24)的車間時間（Floor Life）了。相信很多人看不懂？沒關係，反正一般人只要知道什麼樣的MSL拆封後可以放置於車間多久時間就可以了。
如果是零件商，就要注意這192小時的計算，剛剛說192小時其實要包含IC零件半導體廠商從零件完成烘烤後到包裝前可能用掉24小時的MET，那如果零件商的MET小於或大於24小時呢？是的，如果有這樣的情況時規格中有說明測試樣品的時候必須要扣除或增加樣品暴露於環境的時間，比如說零件商的MET只用了20個小時，那麼樣本的總暴露時間就會變成188小時（=192-(24-20)=188），原則上就是維持168小時(Floor Life)+MET。
至於[MSL 1]及[MSL 2]因為測試的樣品採用比一般車間環境還要高的溫濕度條件，所以無法直接對比暴露於車間的時間 (Floor Life)，這部份可能使用濕度造成零件重量的增減來判斷，不在這裡介紹，其實工作熊也還沒學透啦！
延伸閱讀：
關於MSL常見的問題
封裝濕敏零件烘烤常見問題整理
IPC-JEDEC-J-STD-033 濕敏零件的烘烤條件
JEDEC J-STD-033B第四章節-乾燥(中文翻譯)
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訪客留言內容（Comments）
我想請問一下MSL的判定方式是單以電性檢驗還是連外觀檢驗也包括在內!?
一般IC封裝，外觀是非透明的，應該是只能依電性做判斷
但是我司是做LED封裝產品
目前看了幾家LED封裝廠都標著產品通過MSL 2a或3的檢驗
但是我司的產品目前若以電性來看MSL 3是沒有問題
但是光就產品外觀來看約在MSL 5,甚至5a過完reflower後，就可以看到有peeling的現象，但是電性還是PASS
若以MSL的等級來判斷，應該是有到MSL 3還是連MSL 5a的等級都沒有!?
謝謝
熊大,請教一下,我們產線PCBA最近出現比較奇怪的問題,單板測試NG,但經過80度烘烤15分鐘後再測試卻變成PASS,數量不多卻也不是個案件,請問這跟零件或單板受潮有沒有關係,還是說跟焊接工藝比較有直接關係,望請熊大釋疑,感恩!!
先謝謝你的回覆!
在網上找到的只有MSL的標準，但詳細的定義流程卻找不到，即使在原廠網站也找不到.未知你是否會有相關的文件?
另外請問一下Peak package body temperature即使是同一個level也有不同, 是指靜電袋最高的耐熱溫度嗎?
想請問一下,最近我們公司想要朝MSL1進行,但是廠商卻告訴我們,IC即使通過MSL1測試,可是他們不保證IC出貨後百分百都能達到MSL1的標準,因為IC儲存環境仍是一個因素,請問這樣的解說是正確的嗎?
您好，想請問一下J-STD-020的存放環境溫濕度標準，可以拿來做庫房零件保存的標準嗎? 但做防潮箱的廠商建議濕敏元件、物料（如：IC、BGA、CPU、…等）保存在超低濕度＜10%RH 的環境，不知您的經驗為何? 謝謝
Dear 大熊,
Tabe & Reel包装的IC,我试验过，可以进行IPC J-STD 033 90℃烘烤，但是使用中，出现盖带太紧，feeder无法拉起卷带的现象，请问是否与烘烤有关？
返修板烘烤（rework PCAB bake）的是否有相关的建议？
Tks a lot!
大熊，多谢解答。
关于返修板，基本上是客户退回来返修的，而以返修BGA和QFN占大多数，我们工厂的产品性质比较特别，生产的小批量多品种，客户的要求比较高。
所以会涉及到返修板，返修板为何需要烘烤，也主要是返修特殊IC，这些IC明显已超出floor life，所以要烘烤除湿，而板子上有插件连接器和铝电解电容等等，不能耐高温的器件，而拆卸又会有风险，低温烘烤时间又很长，客户交期有很急……因此处于一个矛盾中，想听听您的建议和经验。Tks for your comments！
Star
那些板子是RMA板吧!!!
RMA回來的東西確實是要進行低溫烘烤,其目的也是去除BGA/QFN的濕氣
若是要改為高溫烘烤,那些手插的電解電容或其他怕高溫的零件勢必要包覆起來,
以避免受到高溫侵襲造成爆漿或變形的問題!!!
去做一些實驗吧!這樣就能夠得知什麼樣的材質+包覆到何種程度可以
承受高溫的侵襲而不爆漿or變形
多谢ewew和工作熊解答，ewew可能比较了解，的确我们遇到的情况就是这样，很多也是在实验摸索阶段，为返修BGA，确保没有因湿气引起的伤害，能高温烘烤的就进行高温烘烤去湿，毕竟返修台(rework station)的温度基本上都是要超过200度。我也很赞同工作熊观点，首先需要保证。
如果哪位同行能有类似的经验欢迎分享。
Hi,您好，
我有一個問題想請教，根據JDEC-033表4.1烘烤時間表只有125 / 90 / 40度C,但我們想快一點但材料包裝又耐不到90度C，故欲使用60度C去執行烘烤除濕，我們可以使用內插法 (在90C與40C之間)算出60C時之烘烤時間當作標準嗎 ? 或者有其他方式或公式嗎? 感謝 !
Hallo 工作熊,
樓上有網友提問: 請問PCB 的MSL等級是多少?
也可以參考IPC 1601 Printed Board Handling 第3段有解釋及建議電路板的烘乾注意細節(以電路板表面材質區分,烘烤適用溫度,時間等)
後面還有關於烘乾後包裝,儲存,運送等注意事項。
我們是EMS廠,去年剛引進FPC在SMT流程之前使用烘乾技術
以等級3 (level 3)來舉例說明，如果零件暴露在攝氏溫度30°C與60％濕度以內的環境下，那麼其總暴露時間不可以超過 192小時 (其中需扣除IC半導體廠商可能用掉24小時的曝露時間，所以SMT表面貼著廠就只剩下168小時(=192-24)的車間時間了)，也就是說對於MSL等級3的IC從真空包裝中取出後，就必須在168個小時內打件並過完Reflow(回流焊)。
您好,以上述解釋,Level 1與2,我無法釋意,煩您協助
您好
我在您的部落格閱讀到電子元件包裝 J-STD-033規範的相關文章.
因為我們現在急著想要找有依照 J-STD-033 規範的電子元件包裝廠, 請問您是否還在電子元件包裝廠(Taping)工作呢? 或是您知道一些廠商, 可以推薦給我們呢?
感謝您!
Luisa Liu
劉詩馨
請問根據j-std-020樣品數量應該怎麼決定,裡面有寫到,但是不是很明白怎麼分類
5.1.1 Reclassification (Qualified Package without Additional Reliability Testing)
5.1.2 Classification/Reclassification and Rework
可否請大大協助指導一下,謝謝
Dear 工作熊大大
還是不太明白,請問一下如果樣品是全新的要做濕氣敏感等級實驗,請問一開始應該最少取幾顆?
是11顆然後要兩批不連續生產批,一共22顆?
還是22顆然後要兩批不連續生產批,一共44顆?
工作熊您好，關於Soak Requirement（暴露濕度環境及時間要求）】
我有個疑問。
在標準的條件情況下有發現異常才會使用加速的條件，那我有疑問就是為什麼一開始就不使用加速的條件下去測試，而必須要分成兩種條件?
不能在標準條件測試時沒過就打成不良品嗎?還是說需要再測試加速的條件，沒過才能打成不良品?
煩請解惑，謝謝~
工作熊您好，我有別的疑問想請教您
Lever等級越高代表這產品對濕度很敏感，當我看到Lever5和5a時，我發現在IC製造商定義產品符合MSL哪個等級時，5a的測試曝露在30/60的環境時間48hr比5曝露時間72hr還短，也就是說5a比5還寬鬆，不是應該要5a比5還嚴謹嗎?為什麼會這樣?
煩請解惑，謝謝您。
請問一下, MSL定義了不同等級產品對車間時間的要求, 至於不同等級產品的烘烤後的包裝是否有要求? 包材,抽真空,乾燥包等等的要求是否有定義?如果以MSL4等級比較於MSL3, 不確定是否需要等級較高的包材?或是有需要烘烤更久?
這篇到現在熊大都還一直有回覆耶！真驚喜！
另外看到文中提到的Activation Energy，不知道經過這麼段時間熊大是否已經了解那是什麼…
小弟是可靠度工程師，分享一下所學所見。
這個MSL的分類應該是說，該元件必須要通過Soak Requirements的測試要求之後，才可以宣稱該零件符合該分級；簡單來說，若你宣稱這個元件是Level 1，那就表示該元件有在85C/85RH的環境底下做過長達168小時的測試且通過該測試。
好的，那麼為什麼85C/85RH就可以表示該元件可以在30C/85RH的環境下暴露無限長的時間呢？這就要講到可靠度工程中常說的加速因子的計算。加速因子的計算式有很多種（為了因應不同的環境條件），但每個加速因子的計算式都會與Activation Energy有關，而在化學上的定義，這個Activation Energy相當於激發某化學現象所需要的電子電位能。
在Google上搜尋「Calculation of Semiconductor Failure Rates」，裡面的Table 2會告訴我們不同的失效現象及與之相關的Activation Energy為何。
但是實務上我們要怎麼計算出Activation Energy呢？這僅能根據加速因子計算式計算而得。
繁複的公式就不在這裡說明，不過觀念大抵為：將同一批機台隨機分成兩組，並設定兩組不同的環境條件進行測試，後根據不同的失效現象所出現的時間得出該失效現象的MTBF（或MTTF），再相互比較（相除計算）得出activation energy。
以上為不才小弟所見所學，歡迎熊大與各位先進一起討論共同指教。
工作熊大您好,
廠內的PCBA是以板子上最高MSL的零件來定義的，例如:倘若上頭已經打了MSL4的零件，那我們即定義這個PCBA為MSL4，以此類推…
想要了解的是，如果PCB的第一面製程過完reflow後，第二面製程除了依據PCB的表面處理方式來管制生產時間之外，是否也應該受到第一面製程上的零件MSL等級來管制floor life
舉例來說 : 若第一面已經完成refllow製程有MSL4的零件，是否應該管制第二面製程在4天內需要完成reflow 製程呢? 雖然以廠內的生產條件理論上不太有機會出現上述情境，但還是想要了解一下邏輯上的定義為何
Thanks!
抱歉，更正以下敘述為3天 (IPC-033)
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舉例來說 : 若第一面已經完成refllow製程有MSL4的零件，是否應該管制第二面製程在3天內需要完成reflow 製程呢?
作者您好
目前有送第三方檢測單位做MSL的濕度敏感等級的相關測試，請教您樣品擺放在climate chamber內有規定要如何做置放嗎? 比如說要掛著或是要平放?
查詢過網路上的資料似乎沒有硬性規定,檢測單位目前已平放來測試,請問擺放方式會影響測試結果嗎?謝謝
我想我可以幫忙解釋以下的問題~
至於[MSL 1]及[MSL 2]因為測試的樣品採用比一般車間環境還要高的溫濕度條件，所以無法直接對比暴露於車間的時間 (Floor Life)，這部份可能使用濕度造成零件重量的增減來判斷，不在這裡介紹，其實工作熊也還沒學透啦！
MSL3 可以直接用24hrs 扣除主要原因是因為無塵室溫濕控制就是在25~30’C 50~60%RH 因此MSL3 可以直接扣除.
像MSL1 85 85 168hrs 基本上這個材料都已經吸濕到過飽和狀態，意味這你放在室溫下N年都不會比他嚴苛。所以他的TOL是無限大.
MSL2 TOL 有些是1年, 也是說明在室溫環境下要擺放到一年，才會有MSL2 吸濕的程度
版主好，想請問一個與晶粒產品(Die) MSL 有關的問題。原廠Die封裝有HIC濕度卡以及氮氣充填，濕敏等級是 MSL4。不過由於庫存許久(6~7年)，雖未拆封卻仍有疑慮。鑒於Die並沒有封裝迸裂的顧慮，是否只要濕度卡未變色、PAD無氧化，就可判定是堪用品？
工作熊大您好,
我們是倉庫單位,最近返倉沒用完的零件有氧化問題,想請教下文
以濕敏等級3 (MSL level 3)來舉例說明，從[Floor Life]看，如果零件拆封後暴露於攝氏溫度30°C與60％濕度以內的環境下，那麼其於車間的總暴露時間就必須在168小時內打件並過完回流焊(Reflow)，如果不能在規定時間內過完Reflow，就必須重新真空包裝
想請問上面這段話的最後”必須重新真空包裝” 這個要在哪個規範可以找到相關規定?
謝謝
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5. 工作熊每則留言都會看，但不會每則留言都回答，尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度，工作熊不是你的「細漢」，更沒有拿你的薪水，所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 原則上工作熊不接受私下電子郵件、電話、私訊、微信或任何即時通聯絡。
8. 自2021年7月起Google將停止最新文章電子郵件通知，如果你想隨時接收部落格的最新文章可以參考這裡。
請問一下，濕敏零件如果超出了車間規定的時間需要重新烘烤，有烘烤的條件可以參考嗎？