Die Physik einer Teilrolle: Warum wir versiegeln, bevor wir schlafen

In der Elektronikfertigung ist die gefährlichste Komponente oft die, die bereits verwendet wurde. Ein voll vakuumversiegelter Spule, die von einem Händler wie Digi-Key oder Mouser kommt, ist eine bekannte, sichere Menge. Aber sobald dieses Siegel bricht und die Spule in einen Zuführer gelangt, beginnt eine Uhr zu ticken. Wenn die Produktion beendet ist und eine Teilspule übrig bleibt, hängt es von Ihrer Handhabung dieses Restbestandes ab, ob die nächste Produktion funktionierende Platinen oder teuren Schrott ergibt.

Hier geht es nicht um Lagerhygiene; es ist Thermodynamik.

Wenn ein hygroskopisches Bauteil — sagen wir, ein BGA oder QFN — der Luft auf einer Produktionsfläche ausgesetzt ist, beginnt sein hygroskopischer Epoxidummantelung Wasser aufzunehmen. Es wirkt wie ein Schwamm. Wenn dieses Bauteil später auf eine Platine gesetzt und durch einen Reflow-Ofen geschickt wird, steigen die Temperaturen in Sekunden auf 240°C oder 260°C. Das eingeschlossene Wasser im Kunststoffgehäuse erwärmt sich nicht nur; es verdampft zu superheißem Dampf. Da Wasser beim Verdampfen das Volumen um etwa 1.600 Mal vergrößert, wird der Druck im winzigen Bauteil explosionsartig. Das Ergebnis ist „Popcorning“ – interne Mikrorisse, Delamination des Chips vom Lead-Frame und Ausfall von Bonddrähten. Man kann diese Schäden häufig mit bloßem Auge nicht erkennen, aber die Platine wird versagen.

Der einzige Schutz gegen diese Physik ist ein rigoroses, fast paranoides Siegelprotokoll. Die Feuchtigkeitsbarriere-Tüte (MBB) ist nicht nur Verpackung — sie ist eine Zeitkapsel.

Der Kumulative Uhr

Ein hartnäckiger Mythos verfolgt viele Fertigungshallen: Dass die „Floor Life“-Uhr — die zulässige Expositionszeit, wie sie in J-STD-033 festgelegt ist — sich zurücksetzt, sobald ein Bauteil wieder in eine Tüte gepackt wird. Das ist gefährlicher Wunschgedanke. Die Uhr setzt sich nicht zurück; sie pausiert nur. Wenn ein MSL-Level-3-Bauteil eine Floor-Life von 168 Stunden hat und 24 Stunden auf einem Zuführer liegt, verbleiben ihm noch 144 Stunden. Wenn es eine Woche lang in einer lockeren Tüte mit schwachem Verschluss geworfen wird, erfolgt weiterhin Diffusion, wenn auch langsamer. Wenn es für den nächsten Auftrag wieder hervorgeholt wird, könnte es bereits als Totware betrachtet werden.

Diese Realität bestimmt, wie wir mit Teilspulen umgehen, sobald sie die Pick-and-Place-Maschine verlassen. Die Differenz zwischen „Ende des Laufs“ und „Vakuumversiegelung“ ist die entscheidendste Variable für die Bestandsverwaltung. In einer feuchten Umgebung — denken Sie an einen Sommer im Mittleren Westen, bei dem die Werkstatt trotz Klimaanlage 60% Luftfeuchtigkeit erreicht — erfolgt das Eindringen von Feuchtigkeit schnell. Eine Spule mit hochwertigen FPGAs offen auf einen Wagen zu legen, „um sie später zu packen“, ist im Wesentlichen eine bewusste Verschlechterung der Bauteile. Das Protokoll muss sofort erfolgen: Die Spule wird von der Maschine genommen, die Führung wird gesichert, und sie geht direkt zur Versiegelungsstation.

Diese Strenge verwirrt oft Kunden, die ihre eigenen Materialien liefern. Wenn wir ein abgegebenes Kit erhalten, müssen wir oft die ursprünglichen Siegel des Kunden brechen, um die Stückzahl zu überprüfen oder Zuführer zu laden. Sobald das passiert, tragen wir das Feuchtigkeitsrisiko. Wir können die Tüte nicht einfach versiegeln und auf das Beste hoffen, noch können wir uns auf die ursprüngliche Verpackung des Kunden verlassen, wenn sie beschädigt ist. Wir versiegeln alles nach unseren internen MSL-Protokollen erneut, unabhängig davon, wie es angekommen ist. Wenn das Bauteil offen ist, tickt die Uhr, und wir sind verantwortlich für das Pausieren.

Standarddiffusionsraten gehen von einer spezifischen Umgebung aus, üblicherweise 30°C/60% RH. Während eine in einer ziemlich trockenen Arizona-Anlage sitzende Spule Wasser langsamer aufnimmt als eine in Ohio, ist es kein funktionierendes Verfahren, auf das Glück der Umgebung zu setzen. Das Protokoll muss das Worst-Case-Szenario annehmen, um Sicherheit zu gewährleisten. Wenn der Vakuumversiegelung nicht eng genug ist, um die Kontur der Zahnstangenlöcher durch die Tüte sichtbar zu machen, ist es keine Versiegelung. Es ist nur eine lose Verpackung, und die Uhr läuft weiter.

Die Lüge des wiederverwendeten Trocknungsmittels

Der häufigste Fehlerpunkt bei der Lagerung von Teilspulen ist nicht die Tüte selbst, sondern die Chemie darin. Kostenbewusste Betriebe neigen dazu, das Trocknungsmittel, das mit der ursprünglichen Spule geliefert wurde, wiederzuverwenden. Der Bediener nimmt die Spule heraus, wirft das Trocknungsmittel auf die Bank, führt den Auftrag aus, und wirft das gleiche Trocknungsmittel wieder mit in die Teilspule.

Dieses Trocknungsmittel ist wahrscheinlich tot.

Trockenmittel, egal ob Silikagel oder Montmorillonit-Lehm, hat eine endliche Kapazität, Feuchtigkeit zu adsorbieren. Sobald es gesättigt ist, hört es auf zu wirken. Es wird zu inertem Material. Das Einlegen eines gesättigten Trockenmittelbeutels in einen versiegelten Beutel ist wie das Legen eines Steins in den Beutel; es bietet keinen Schutz. Tatsächlich kann das Versiegeln eines Beutels, der den ganzen Tag Feuchtigkeit von einem feuchten Fabrikboden aufgenommen hat, zusammen mit den Teilen die Feuchtigkeit tatsächlich einschließen. in, was eine lokal begrenzte feuchte Umgebung direkt neben den empfindlichen Komponenten schafft.

Wir verwenden einen einfachen ‚Steintest‘ für Lehmdesiccants, aber die einzige echte Überprüfung ist die Feuchtigkeitsanzeige-Karte (HIC). Jede Teilrolle, die wir versiegeln, erhält ein neues, frisches Trockenmittelpacket und eine frische HIC. Wir recyceln sie nicht. Die Kosten für ein 4er-Pack Trockenmittel von einem renommierten Anbieter wie Clariant werden in Pfennigen gemessen. Die Kosten, eine Leiterplatte mit einem delaminierten $500-IC neu zu bearbeiten, sind enorm. Vierzig Cent einzusparen, um eine Produktion im Wert von vierzigtausend Dollar zu riskieren, ist falsche Wirtschaftlichkeit.

Gelegentlich fragen Anlagenmanager, ob sie anstelle des Vakuumversiegelns einfach Stickstoff-Druckkabinen verwenden können. Trockenkabinen sind ausgezeichnet für Work In Progress (WIP) — Teile, die innerhalb von 48 Stunden wieder verwendet werden. Aber man kann eine Trockenkabine nicht verschicken, und man kann sie nicht für sechs Monate auf einem Lagerregal stapeln. Für die langfristige Lagerung von Teilesätzen ist die Vakuumbeutel die einzige praktikable Lösung.

Wenn eine Rolle nach Monaten aus dem Lager gezogen wird, ist die HIC die letzte Instanz. Es ist das einzige ehrliche Element im Lager. Wenn sich der Spot bei 10% von Blau nach Pink verfärbt hat, ist die Versiegelung fehlgeschlagen. Die Teile stehen im Verdacht. Kein Argument über Logbücher oder Siegel-Daten ersetzt die Chemie der Karte.

Der Backfehler

Das ‚Red Team‘-Argument – das wir sowohl von jungen Technikern als auch von unter Druck stehenden Managern hören – ist einfach: ‚Warum sich um Taschen kümmern? Wenn die Teile nass werden, können wir sie einfach backen.‘

Dies ist ein grundlegendes Missverständnis der Elektronikfertigung. Backen ist kein standardmäßiger Prozessschritt; es ist eine Rettungsmission für einen bereits eingetretenen Fehler. Und wie bei den meisten Rettungsmissionen ist auch hier Kollateralschaden zu erwarten.

Um Feuchtigkeit aus einer Kunststoffverpackung zu entfernen, muss man sie erhitzen. Standard-Backprofile empfehlen oft 125°C für 24 Stunden oder niedrigere Temperaturen für längere Zeiträume. Obwohl dies Wasser entfernt, beschleunigt es auch das Wachstum intermetallic layers zwischen dem Kupfer-Leiterrahmen und der Zinn/Zinnlegierung oder Goldbeschichtung. Es fördert die Oxidation auf den Terminationsflächen.

Wenn Sie das gebackene Bauteil zum Löten nehmen, stellen Sie oft fest, dass die Pins oxidiert sind, sodass das Lötzinn nicht mehr haftet. Sie haben ein Feuchtigkeitsproblem gegen ein Lötbarkeitsproblem eingetauscht. Es kann sein, dass kein Popcorning auftritt, aber offene Verbindungen, ‚Head-in-Pillow‘-Defekte oder schwache Benetzung, die im Feld versagen, sind wahrscheinlich. Dies betrifft insbesondere QFNs und andere bottom-terminated Komponenten, bei denen die Verbindung rein chemisch ist.

Aus diesem Grund diskutieren wir Backen nicht als ‚Plan B‘ für Lagerbestände. Wir sehen Backen als letzten Ausweg für Teile, die unsachgemäß behandelt wurden, meist aus Graumarktquellen. Für unsere eigenen Teilesätze gilt: Sie sollten niemals die Inside eines Ofens sehen, bevor sie auf der Leiterplatte für das Reflow sind. Ich werde hier keine Backprofile auflisten, da ich ihre Verwendung nicht fördern möchte. Der Prozess basiert auf Prävention, nicht auf Wiederherstellung.

Die Physik des Profits

Letztendlich geht es bei der Versiegelung von Teilrollen darum, die Ausbeute zu schützen. Es ist mühsame Arbeit. Es erfordert, dass Bediener unterbrechen, frisches Material holen und auf den Zyklus des Vakuumversieglers warten. Es fühlt sich wie Ausfallzeit an.

Aber wenn man das P&L einer Produktionslinie betrachtet, ist dieses ‚Ausfallzeit‘ tatsächlich eine Versicherungsprämie. Die Kosten für eine korrekte Versiegelung eines Reels liegen bei etwa einem Dollar Arbeitszeit und Materialien. Die Kosten für einen einzelnen Feldfehler durch einen Mikroriss in einer feuchtigkeitsempfindlichen Komponente können die Marge des gesamten Loses ruinieren. Physik kümmert sich nicht um Ihre Frist und auch nicht um Ihre Einsparungen bei Kunststoffbeuteln. Es respektiert nur die Barriere.