La physique d’un rouleau partiel : pourquoi nous scellons avant de dormir

Dans la fabrication électronique, le composant le plus dangereux est souvent celui qui a déjà été utilisé. Un rouleau complet, scellé sous vide, provenant d'un distributeur comme Digi-Key ou Mouser est une quantité connue et sûre. Mais dès que cette seal est brisée et que le rouleau est placé dans un alimentateur, une horloge commence à compter. Lorsque la production se termine et qu'il reste un rouleau partiel, la façon dont vous gérez cet inventaire restant détermine si la prochaine série de production donne des cartes fonctionnelles ou des déchets coûteux.

Ce n’est pas une question de propreté de l’entrepôt ; c’est la thermodynamique.

Lorsqu’un dispositif sensible à l’humidité — disons, un BGA ou un QFN — est exposé à l’air ambiant d’un atelier de production, son encapsulant époxy hygroscopique commence à absorber la vapeur d’eau. Il agit comme une éponge. Si ce composant est ensuite placé sur une carte et envoyé dans un four de refusion, la température grimpe en quelques secondes à 240°C ou 260°C. L’eau piégée à l’intérieur du paquet en plastique ne devient pas simplement chaude ; elle se transforme en vapeur superchauffée. Comme l’eau se dilate d’environ 1 600 fois en volume lorsqu’elle se transforme en vapeur, la pression à l’intérieur de ce petit composant devient explosive. Le résultat est le « popcorning » — micro-fissures internes, délamination de la puce du cadre de connexion, défaillances des fils de liaison. Vous ne pouvez souvent pas voir ces dégâts à l’œil nu, mais la carte échouera.

La seule défense contre cette physique est un protocole de scellement rigoureux, presque paranoïaque. La barrière contre l’humidité (MBB) n’est pas seulement un emballage — c’est une capsule temporelle.

L'Horloge Cumulative

Un mythe persistant hante de nombreux ateliers : que l’horloge « Durée de vie sur le terrain » — définie par la norme J-STD-033 — se réinitialise au moment où une pièce est remise dans un sac. C’est une illusion dangereuse. L’horloge ne se réinitialise pas ; elle fait simplement une pause. Si un composant de niveau MSL 3 a une durée de vie de 168 heures sur le terrain et reste dans un alimentateur pendant 24 heures, il lui reste 144 heures. S’il est jeté dans un sac lâche avec une seal faible pendant une semaine, la diffusion continue, mais plus lentement. Lorsqu’il sort pour la prochaine tâche, il pourrait déjà être des stocks morts.

Cette réalité dicte comment nous gérons les rouleaux partiels dès qu’ils sortent de la machine de placement. L’écart entre « Fin de la série » et « Scellage sous vide » est la variable la plus critique pour la conservation de l’inventaire. Dans un environnement à forte humidité — pensez à un été du Midwest où l’atmosphère atteint 60% d’HR malgré la lutte du système HVAC — l’infiltration d’humidité se produit rapidement. Laisser un rouleau de FPGAs de grande valeur sur un chariot « à emballer plus tard » revient à décider de dégrader volontairement ces pièces. Le protocole doit être immédiat : le rouleau sort de la machine, le guide est sécurisé, et il va directement à la station de scellement.

Cette rigueur confond souvent les clients qui fournissent leurs propres matériaux. Lorsqu’on reçoit un kit en consignation, il faut souvent briser le scellé d’origine du client pour vérifier les comptes ou charger les alimentateurs. Une fois cela fait, nous assumons le risque d’humidité. Nous ne pouvons pas simplement sceller le sac avec du ruban adhésif en espérant le meilleur, ni compter sur l’emballage d’origine du client s’il a été compromis. Nous rescellerons tout selon nos protocoles internes MSL, qu’importe comment cela est arrivé. Si la pièce est ouverte, l’horloge tourne, et nous sommes responsables de la mettre en pause.

Les taux de diffusion standards supposent un environnement ambiant spécifique, généralement 30°C / 60% HR. Bien qu’un rouleau placé dans une installation désertique de l’Arizona absorbe l’humidité plus lentement qu’un dans l’Ohio, compter sur la chance ambiante n’est pas un processus. Le protocole doit supposer le pire scénario pour garantir la sécurité. Si le scellement sous vide n’est pas suffisamment étanche pour montrer le contour des trous de la roue dentée à travers le sac, ce n’est pas un scellement. Ce n’est qu’un emballage lâche, et l’horloge continue de tourner.

Le Mensonge du Désiccant Réutilisé

Le point de défaillance le plus courant dans le stockage de rouleaux partiels n’est pas le sac lui-même, mais la chimie à l’intérieur. Les opérations économiques ont tendance à réutiliser la pochette de dessiccant fournie avec le rouleau d’origine. L’opérateur sort le rouleau, jette la pochette sur le banc, effectue le travail, puis remet cette même pochette avec le rouleau partiel.

Cette pochette est probablement morte.

Desicant, qu'il s'agisse de gel de silice ou d'argile de montmorillonite, a une capacité limitée à adsorber l'humidité. Lorsqu'il atteint la saturation, il cesse de fonctionner. Il devient une masse inerte. Mettre un sachet déshydratant saturé dans un sac scellé, c'est comme mettre une pierre dans le sac ; il n'offre aucune protection. En fait, si ce sachet a absorbé l'humidité toute la journée d'un sol d'usine humide, le sceller avec les pièces peut en réalité emprisonner l'humidité. dans, créant un environnement localement humide juste à côté des composants sensibles.

Nous utilisons un simple « test de pierre » pour les déshydrateurs en argile, mais la seule vérification réelle est la Carte d'Indicateur d'Humidité (HIC). Chaque bobine partielle que nous scellons reçoit un nouveau sachet déshydratant frais et une nouvelle HIC. Nous ne les réutilisons pas. Le coût d'un pack de déshydratants 4 unités d'un fournisseur réputé comme Clariant se compte en piécettes. Le coût de la reprise d'une carte avec un circuit intégré delaminé $500 est énorme. Economiser quarante cents pour risquer une production de quarante-mille dollars est une fausse économie.

Parfois, les responsables d'usine demandent s'ils peuvent simplement utiliser des armoires à azote sèches au lieu de la mise sous vide. Les armoires sèches sont excellentes pour le Travail en Cours (WIP) — pièces qui seront réutilisées dans les 48 heures. Mais vous ne pouvez pas expédier une armoire sèche, ni la empiler sur une étagère d'entrepôt pendant six mois. Pour le stockage à long terme des pièces partielles, le sac sous vide est la seule solution viable.

Lorsqu'une bobine est extraite de l'inventaire plusieurs mois plus tard, la HIC est la source de vérité. C’est la seule chose honnête dans l'entrepôt. Si le point 10% est passé du bleu au rose, le sceau a échoué. Les pièces sont suspectes. Aucun argument sur les registres ou les dates de scellé ne peut surpasser la chimie de la carte.

La Fallacy de la Pâtisserie

L'argument de la « Red Team » — celui que nous entendons des techniciens juniors et des gestionnaires sous pression — est simple : « Pourquoi se soucier des sacs ? Si les pièces sont mouillées, on peut simplement les cuire ».

C'est une incompréhension fondamentale de la fabrication électronique. La cuisson n’est pas une étape standard ; c’est une mission de sauvetage pour une panne déjà survenue. Et comme la plupart des missions de sauvetage, elle cause des dommages collatéraux.

Pour évacuer l’humidité d’un emballage en plastique, il faut le chauffer. Les profils de cuisson standard demandent souvent 125°C pendant 24 heures, ou des températures plus basses pour des durées beaucoup plus longues. Bien que cela élimine l’eau, cela accélère aussi la croissance des couches intermetallic entre la cadre de plomb en cuivre et le plaquage en étain/plomb ou en or. Cela favorise l’oxydation des surfaces de terminaison.

Lorsque vous prenez cette pièce cuite et essayez de la souder, vous constatez souvent que les pattes ont oxydé au point où la pâte à souder ne mouillera plus. Vous avez échangé un problème d’humidité contre un problème de soudabilité. Vous ne risquez pas le popcorn, mais vous aurez des joints ouverts, des défauts tête-portrait ou un mouillage faible qui échouera sur le terrain. Nous voyons cela spécifiquement avec les QFN et autres composants à terminaison inférieure où la connexion est purement chimique.

Pour cette raison, nous ne considérons pas la cuisson comme un « plan B » pour l'inventaire. Nous voyons la cuisson comme un dernier recours pour les pièces maltraitées, généralement issues du marché gris. Pour nos propres pièces partielles, l’objectif est de ne jamais les laisser entrer dans un four avant qu’elles ne soient sur la carte pour le rebouclage. Je ne ferai pas de profils de cuisson ici car je ne veux pas encourager leur utilisation. Le processus repose sur la prévention, pas la remediation.

La Physique du Profit

En fin de compte, la discipline de sceller les bobines partielles concerne la protection du taux de rendement. C’est un travail fastidieux. Il oblige les opérateurs à arrêter ce qu’ils font, à rechercher des matériaux frais, et à attendre que la machine à sceller sous vide termine son cycle. Cela ressemble à une période d’arrêt.

Mais lorsque vous regardez le P&L d’une ligne de fabrication, ce « temps d’arrêt » représente en réalité une prime d’assurance. Le coût de sceller correctement une bobine est d’environ un dollar en main-d'œuvre et matériaux. Le coût d’une défaillance sur le terrain causée par une micro-fissu dans un composant sensible à l’humidité peut annuler la marge de toute la série. La physique ne se soucie pas de votre délai, et elle ne se soucie pas de vos économies sur les sacs en plastique. Elle ne respecte que la barrière.