فخ الرطوبة الخفي: إدارة مكونات MSL الحدية

أخطر حزمة على رصيف الاستلام ليست تلك التي تبدو تالفة بوضوح. إنها التي تبدو مثالية. تصل حقيبة حاجز الرطوبة القياسية (MBB) مختومة بالفراغ بإحكام كطبلة، والملصق واضح، ورمز التاريخ يبدو حديثًا. للعين غير المدربة - أو لوكيل المشتريات المتسرع - هذا المكون "جاف". لكن فيزياء انتقال بخار الماء غالبًا ما تروي قصة مختلفة.

ضغط الفراغ هو حالة ميكانيكية، وليس حاجزًا للرطوبة. يمكن سحب الحقيبة إلى فراغ مثالي ولا تزال تمتلك معدل انتقال بخار الرطوبة (MVTR) الذي يسمح للرطوبة بالتغلغل عبر البلاستيك على مدى شهور من التخزين. عندما يدخل هذا الماء إلى الداخل، لا يبقى على السطح؛ بل يمتص في البلاستيك الماص للرطوبة الذي يغلف المكون نفسه. خلال عملية إعادة التدفق، عندما تصل درجات الحرارة إلى 240 درجة مئوية أو أكثر، يتحول هذا الماء المحبوس إلى بخار فائق التسخين على الفور، ويتوسع إلى حوالي 1600 ضعف حجمه السائل الأصلي.

النتيجة هي "فرقعة الفشار" — انفصال داخلي يؤدي إلى تمزق روابط الأسلاك أو تشقق الرقاقة. غالبًا لن ترى هذا من الخارج. أحيانًا يمر الجزء باختبار كهربائي اليوم، لكنه يفشل في الميدان بعد ثلاثة أشهر. إحكام الحقيبة هو وهم؛ الشيء الوحيد المهم هو الكيمياء الداخلية.

بطاقة مؤشر الرطوبة: الشاهد الوحيد

بمجرد قطع هذا الختم، لديك نقطة بيانات موثوقة واحدة بالضبط: بطاقة مؤشر الرطوبة (HIC). هذه القطعة الصغيرة من الورق، المشبعة بثنائي كلوريد الكوبالت أو مواد كيميائية حساسة للرطوبة مماثلة، هي الشاهد الوحيد على البيئة التي تحملها المكون منذ الختم.

الأوراق وشهادات المطابقة (CoC) يمكن تزويرها أو ببساطة منفصلة عن الواقع. يمكن لوكيل في شنتشن إعادة تغليف بكرة من المتحكمات الدقيقة MSL 3 التي بقيت على الرف لمدة عامين، ويغلقها بالفراغ في حقيبة جديدة مع عبوة مجفف جديدة، ويلصق ملصق "جديد" على الصندوق. لكنهم غالبًا ما ينسون خبز الأجزاء أولاً، أو يستخدمون بطاقة مؤشر رطوبة رخيصة تستجيب ببطء شديد.

عندما تفتح تلك الحقيبة، انظر فورًا إلى بطاقة مؤشر الرطوبة. لا تنتظر. ستبدأ رطوبة البيئة المحيطة بمرفقك في تحويل البقع إلى اللون الوردي خلال دقائق، مما يدمر دليلك.

المعيار J-STD-033D واضح، ومع ذلك يحدث هنا معظم الأخطاء في أرضية المصنع. أنت تنظر إلى بقعة 10% (للعمل القياسي) أو بقعة 60% (للفحوصات القديمة)، لكن هناك منطقة رمادية خطيرة هنا. من المفترض أن تكون البقعة زرقاء للجفاف ووردية للرطوبة. في الواقع، سترى غالبًا "الخزامي". إنه بنفسجي غامض وغير واضح يشير إلى أن المجفف يعمل بجد لكنه يفشل.

إذا رأيت اللون الخزامي على بقعة 10%، افترض أن الأجزاء مبللة. لا تدع ضغط الإنتاج يقنعك بأن "اللون قريب بما فيه الكفاية من الأزرق". إذا تغير اللون حتى قليلاً عن الدرجة المرجعية، فقد امتص المكون الرطوبة. المجفف مشبع. هامش الأمان اختفى.

كن حذرًا بشكل خاص إذا كنت تتعامل مع موزعين مستقلين أو وسطاء. تحدث فخ شائع عندما يأخذ الوسيط أجزاءً تعرضت لرطوبة غير معروفة، ويغلقها، ويشحنها فورًا. إذا كانت مدة النقل قصيرة (2-3 أيام)، قد لا يكون لدى بطاقة مؤشر الرطوبة الوقت الكافي لتتوازن بالكامل وتتحول إلى اللون الوردي، حتى لو كانت الأجزاء مبللة. إذا كان تاريخ ختم الحقيبة هو الأمس، لكن الأجزاء من عام 2019، فإن بطاقة مؤشر الرطوبة تخبرك بحالة الهواء في الكيس, وليس ال الرطوبة في الجزء. في هذه الحالات، حتى مؤشر HIC الأزرق يكون مريبًا.

مقايضة الأكسدة: هل نخبز أم لا؟

عندما تحدد جزءًا مبللًا، سواء عبر مؤشر HIC الوردي أو ختم مكسور، فإن رد الفعل الفوري هو "فقط خبزه". معظم مديري الإنتاج يحبون خبز 125 درجة مئوية. إنه سريع. وفقًا لجداول البحث J-STD-033D، يمكنك غالبًا تجفيف عبوة ذات سمك قياسي في 24 إلى 48 ساعة عند هذه الدرجة. يناسب فجوة عطلة نهاية الأسبوع: ضع البكرات يوم الجمعة، وبحلول صباح الاثنين، تكون جاهزة للتركيب.

لكن هذه السرعة تأتي بتكلفة خفية شديدة: الأكسدة.

تصنيع الإلكترونيات هو حرب مستمرة ضد عدوين: الرطوبة والأكاسيد. الخبز عند 125 درجة مئوية يحارب الرطوبة لكنه يغذي الأكسدة بشكل عدواني. إذا كانت مكوناتك تحتوي على تشطيب OSP (حافظة قابلية اللحام العضوية)، فإن الخبز بدرجة حرارة عالية سيدمر هذا الطلاء الواقي. تتحلل الطبقة العضوية، مما يكشف النحاس تحتها للهواء الساخن. بحلول الوقت الذي تخرج فيه تلك الأجزاء، قد تبدو الأطراف أو الوسادات جيدة للعين المجردة، لكنها تكون قد شكلت طبقة أكسيد سميكة.

عندما تصل هذه الأجزاء المؤكسدة إلى خط SMT، سيكافح الفلكس في معجون اللحام لاختراق حاجز الأكسيد هذا. سترى مشاكل في الترطيب، عيوب رأس على وسادة على BGAs، أو وصلات لحام ضعيفة تفشل في اختبارات السقوط. لقد قمت فعليًا بمقايضة عيب الرطوبة (الفرقعة) بعيب قابلية اللحام (عدم الترطيب). بالنسبة للمكونات ذات التشطيبات القصديرية/الرصاصية أو القصدير النقي، يكون الخطر أقل لكنه لا يزال موجودًا، خاصة للأجزاء ذات الخطوط الدقيقة حيث يمكن لنمو المعادن البينية أن يضعف موثوقية الوصلة.

الطريقة التقنية الوحيدة السليمة لإنقاذ المكونات المبللة ذات التشطيبات الحساسة هي "الخبز منخفض الحرارة". هذا عادة يعني 40 درجة مئوية عند رطوبة نسبية أقل من 5%. إنه بطيء بشكل مؤلم. نحن نتحدث عن أوقات خبز تقاس بالأسابيع، وليس بالساعات—أحيانًا تصل إلى 79 يومًا للعبوات السميكة (انظر الجدول 4-1 في المعيار لمجموعة متداخلة مذهلة من متغيرات السمك مقابل MSL).

لكن 40 درجة مئوية لطيف. يدفع جزيئات الماء للخارج دون تسريع التفاعل الكيميائي الذي يسبب الأكسدة، محافظًا على قابلية اللحام للأطراف. إذا كنت تتعامل مع سيليكون مكلف أو أجزاء قديمة يصعب استبدالها، فالصبر هو التحكم الهندسي الوحيد الذي يعمل.

عمر الأرضية وخرافة "إعادة التعيين"

بمجرد أن تجف الأجزاء وتكون على الأرضية، يبدأ العد التنازلي. هذا هو "عمر الأرضية"—وقت التعرض المسموح به المحدد بواسطة مستوى حساسية الرطوبة (MSL) للمكون. جزء MSL 3 يمنحك 168 ساعة. جزء MSL 5a يمنحك فقط 24 ساعة.

هناك خرافة مستمرة في العديد من خطوط الإنتاج تقول إنه يمكنك "إعادة تعيين" هذا العداد ببساطة عن طريق إعادة البكرة إلى خزانة جافة لبضع ساعات. هذا غير صحيح. الخزانة الجافة (الحافظة على الأجزاء عند <5% أو <10% RH) فقط توقف العداد؛ لا تعيد تشغيله. إذا كان جزء MSL 5a خارجًا لمدة 10 ساعات، ووضعته في صندوق جاف طوال الليل، فإنه لا يزال لديه 10 ساعات من التعرض المتراكم عندما تخرجه في الصباح التالي. لا يعود إلى الصفر.

لإعادة ضبط عمر الأرضية إلى الصفر فعليًا، يجب خبز الجزء وفقًا للمعيار. وكما أوضحنا للتو، الخبز هو عملية تدميرية تستهلك ميزانية قابلية اللحام للمكون. لا يمكنك خبز جزء إلى أجل غير مسمى؛ عادةً، تحصل على فرصة واحدة قبل أن تتدهور الأطراف إلى درجة تجعل اللحام غير موثوق.

يتطلب هذا مستوى من الانضباط في العملية غالبًا ما يكون مفقودًا في بيئات التنوع العالي. يجب على المشغلين تسجيل وقت الخروج ووقت الدخول بدقة متناهية. إذا تُرك بكرة على عربة التغذية خلال عطلة نهاية الأسبوع لأن شخصًا ما نسي مسحها مرة أخرى إلى البرج الجاف، لا يمكنك "التخمين" بأن الرطوبة كانت منخفضة. عليك أن تفترض أسوأ السيناريوهات. إذا ارتفعت رطوبة المنشأة إلى 60% RH أثناء إطفاء الأنوار، فإن تلك الأجزاء أصبحت الآن مشكوكًا فيها.

تكلفة اليقظة

تنفيذ مسار صارم للتحكم في الرطوبة—فحص بطاقات مؤشر الرطوبة بشكل صحيح، ورفض قبول "النقاط البنفسجية"، والإصرار على الخبز بدرجة حرارة منخفضة للطلاءات الحساسة—سيجعلك غير محبوب. فهو يبطئ الاستلام. يؤخر جولات الإنتاج بينما تجلس الأجزاء في فرن بدرجة حرارة 40°C لمدة شهر.

لكن فكر في البديل. غالبًا ما يكون فصل الرطوبة الواحد في BGA غير قابل للكشف حتى يتم تجميع اللوحة بالكامل وتشغيلها. أو الأسوأ، ينجح في اختبار المصنع ويفشل في يد العميل عندما ينتشر التشقق الدقيق بفعل التغيرات الحرارية. تكلفة إتلاف PCBA مكتمل التجهيز، أو التعامل مع استدعاء ميداني، تفوق تكلفة خزانة جافة أو تأخير في الجدول الزمني. في التحكم في MSL، لا تُعتبر البارانويا عيبًا في الشخصية. إنها شرط أساسي لتحقيق العائد.