Standard MSL – zapobieganie przedwczesnej awarii diod LED

Powszechnie wiadomo, że wilgotność ma bezpośredni wpływ na niezawodność i żywotność podzespołów elektronicznych. Przestrzeganie wytycznych MSL jest niezbędne, aby zapobiec mikropęknięciom, wadom lutowania i, co najważniejsze, przedwczesnej awarii komponentów. W tym artykule przyjrzymy się bliżej poziomom wrażliwości na wilgoć w odniesieniu do diod LED. 

Czym jest norma MSL i dlaczego ma ona istotne znaczenie z punktu widzenia obsługi diod LED?

Poziom wrażliwości na wilgoć MSL (Moisture Sensitivity Level) został formalnie zdefiniowany w ramach standardu JEDEC J-STD-020 (Joint Electron Device Engineering Council). Zasadniczo poziom ten określa z wysoką dokładnością, w jakim stopniu dany komponent jest podatny na uszkodzenia spowodowane wilgocią podczas procesu lutowania rozpływowego.

W przypadku diod LED (diod elektroluminescencyjnych), zwłaszcza tych zamkniętych w obudowie z żywicy epoksydowej lub silikonu, zrozumienie zasad określających MSL ma znaczenie absolutnie kluczowe, ponieważ pomaga uniknąć spadku wydajności, a nawet całkowitej awarii. Chociaż materiał obudowy wygląda przede wszystkim jak mechaniczna ochrona chipa LED, w rzeczywistości pełni znacznie więcej funkcji – zapewnia również izolację elektryczną i chroni chip przed czynnikami środowiskowymi. Mówiąc najprościej, jest to kluczowy element zapewniający ogólną niezawodność diody LED.

Czym jest norma MSL 1 – 6?

Skala MSL obejmuje poziomy od 1 do 6. Każdy poziom jasno określa maksymalny czas, przez jaki urządzenie wrażliwe na wilgoć może być narażone na działanie warunków otoczenia bez stosowania specjalnych środków ograniczających wchłanianie wilgoci. 

Na przykład dwa skrajne poziomy to:

• MSL 1 – oznacza, że komponent nie jest w ogóle wrażliwy na wilgoć i ma nieograniczony okres przydatności do użycia pod warunkiem przechowywania w zalecanych warunkach.
• MSL 6 – oznacza, że komponent jest wyjątkowo wrażliwy i przed użyciem musi zostać bezwzględnie wysuszony.

Warto zauważyć, że w przypadku poziomu 1 maksymalna temperatura to 30°C, a wilgotność 85%, podczas gdy dla wszystkich pozostałych poziomów MSL wartości te wynoszą 30°C i 60%. 

Kingbright, wiodący producent komponentów optoelektronicznych we wszystkich standardowych typach obudów, udostępnia przydatną tabelę porównawczą poziomów MSL specjalnie dla swoich diod LED. Zawiera ona informacje na temat okresu przydatności do użycia i zalecanych warunkach przechowywania. 

Tabela poziomów wrażliwości na wilgoć

Jaki wpływ na diody LED ma wilgoć?

Kiedy wilgoć przenika do obudowy diody LED, podczas lutowania rozpływowego obudowa ta ulega gwałtownemu rozszerzeniu. Może to powodować wystąpienie zjawiska, jakie obserwujemy podczas przygotowywania popcornu. W wyniku rozszerzania dochodzi do pęknięć wewnętrznych lub rozwarstwienia obudowy, co powoduje natychmiastową lub przedwczesną awarię diody LED.

Czy istnieją diody LED o niższym poziomie MSL?

Można odpowiedzieć krótko: częściowo tak, ale tylko w określonych sytuacjach. Niektóre diody LED SMD do montażu na powierzchni płytki drukowanej, w szczególności typu PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier), są dostępne w dwóch wersjach: w obudowie epoksydowej lub silikonowej.

• Diody LED w obudowie epoksydowej zazwyczaj pochłaniają mniej wilgoci, dzięki czemu są ogólnie bardziej odporne na wpływ środowiska wilgotnego. 
• Z kolei diody LED w obudowie silikonowej mają z reguły większą przepuszczalność w odniesieniu do wilgoci. Skutkuje to najczęściej wyższymi wartościami MSL, co ma szczególne znaczenie w przypadku diod LED o dużej mocy lub diod UV.

Chociaż na pierwszy rzut oka może wydawać się, że żywica epoksydowa stanowi rozwiązanie bardziej korzystne do stosowania, w praktyce należy pamiętać o kilku istotnych kwestiach. Żywica epoksydowa jest bardziej krucha, mniej odporna na ciepło i, co najważniejsze, ulega degradacji pod wpływem promieniowania UV, co oznacza, że stopniowo żółknie pod wpływem światła słonecznego lub silnego promieniowania UV.

Przykład wykorzystania w praktyce: 

Większość standardowych diod LED SMD o niskiej mocy w obudowach „0201” do „1206” ma klasę MSL 3. W praktyce oznacza to, że powinny być używane przez 168 godzin w temperaturze ≤30°C przy wilgotności względnej rzędu 60%.

Jeśli czas ten zostanie przekroczony, diody LED przed użyciem należy ponownie wysuszyć zgodnie z instrukcjami technicznymi producenta.

Czy podczas obsługi komponentów elektronicznych konieczne jest przestrzeganie wytycznych MSL?

– Odpowiedź brzmi: tak. Nie ma co do tego żadnej wątpliwości. W praktyce przestrzeganie wytycznych MSL nie jest wcale takie skomplikowane i zdecydowanie warto podjąć ten wysiłek, aby zapewnić możliwie najdłuższą żywotność diod LED w danym zastosowaniu. W rzadkich przypadkach nadmierna wilgoć może spowodować niewielkie uszkodzenia diod LED już podczas procesu lutowania, niekiedy bez widocznych oznak. Z czasem częściowe uszkodzenia tego typu mogą znacznie skrócić żywotność lub nawet spowodować nagłą awarię diod LED. Jeśli weźmiemy pod uwagę ewentualne kosztowne naprawy, będące skutkiem uszkodzeń, stwierdzimy, że znacznie lepiej jest po prostu przestrzegać zalecanych warunków przechowywania i obsługi określonych w wytycznych MSL– podsumowuje Martin Brestovič, Menedżer Produktu w SOS electronic. 

Czy wiesz, co jest dozwolone, a raczej czego należy unikać podczas obsługi i montażu komponentów LED? W naszym artykule podsumowaliśmy kluczowe czynniki, które mają wpływ na niezawodność i trwałość realizowanego przez Ciebie projektu: Błędy, które prawdopodobnie popełniasz podczas obsługi diod LED.

Zapoznaj się z szeroką gamą komponentów optoelektronicznych marki Kingbright dostępnych w naszym asortymencie w kategorii Diody LED.

Chcesz dowiedzieć się więcej o produktach marki Kingbright lub uzyskać pomoc albo poradę techniczną odnośnie wyboru odpowiedniego modelu? Masz pytania lub potrzebujesz wsparcia? Wypełnij poniższy formularz – z przyjemnością Ci pomożemy.