मौन किलर: क्यों MEMS रिफ्लो पास करते हैं लेकिन फील्ड में विफल होते हैं

आप एक ऐसा यील्ड चार्ट देख रहे हैं जो लगभग पूरी तरह हरा है। इन-सर्किट टेस्ट (ICT) 99.8% पास दर दिखाता है। लाइन के अंत में कार्यात्मक परीक्षक गा रहे हैं। उत्पाद पैक, शिप और लॉन्च हो चुका है।

फिर, तीन सप्ताह बाद, फोन बजता है।

फील्ड रिटर्न मृत इकाइयों के रूप में नहीं आ रहे हैं, बल्कि “ड्रिफ्टर्स” के रूप में। माइक्रोफोन जिनकी नॉइज़ फ्लोर अनायास बढ़ गई है। दबाव सेंसर जो डेस्क पर बैठे हुए ऊंचाई में बदलाव रिपोर्ट कर रहे हैं। एक्सेलेरोमीटर जिनमें स्थायी ऑफसेट विकसित हो गया है। जब आप उन्हें बेंच पर फिर से टेस्ट करते हैं, तो वे एक पल के लिए फिर से पास हो सकते हैं, या ऐसे अंतराल दोष दिखा सकते हैं जो पैकेज पर दबाव डालने पर गायब हो जाते हैं। कारखाना कसम खाता है कि प्रक्रिया पूरी तरह सही थी। रिफ्लो प्रोफाइल थर्मल प्रबंधन के पाठ्यपुस्तक उदाहरणों की तरह दिखते हैं।

यह “चलते हुए घायल” परिदृश्य है। आप एक ऐसी विफलता मोड से निपट रहे हैं जो कारखाने के निकास पर विद्युत परीक्षण के लिए अदृश्य है लेकिन उत्पाद की दीर्घायु के लिए घातक है। यह सोल्डरिंग दोष या सिलिकॉन के खराब बैच नहीं है। यह लगभग निश्चित रूप से एक नमी-प्रेरित डेलैमिनेशन घटना है जो सप्ताह पहले रिफ्लो ओवन के अंदर हुई थी, एक ऐसी प्रक्रिया उल्लंघन के कारण जिसे किसी लॉगबुक में दर्ज नहीं किया गया।

धीमी मृत्यु का भौतिकी

समझने के लिए कि ये भाग देरी से क्यों मर रहे हैं, आपको उन्हें मानक इंटीग्रेटेड सर्किट (IC) की तरह सोचना बंद करना होगा। यदि आप मानक SOIC या QFP पैकेज के साथ नमी का गलत व्यवहार करते हैं, तो यह “पॉपकॉर्न” हो जाता है। नमी भाप में बदल जाती है, दबाव प्लास्टिक की ताकत से अधिक हो जाता है, और पैकेज आवाज़ के साथ फट जाता है। आप दरार देखते हैं, बोर्ड को स्क्रैप कर देते हैं। यह बदसूरत है, लेकिन ईमानदार है।

MEMS (माइक्रो-इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिस्टम) अलग हैं। वे जटिल यांत्रिक संरचनाएं हैं—छोटे डाइविंग बोर्ड, झिल्ली, और कंघी—जो एक गुहा के अंदर रखे जाते हैं। जब नमी MEMS पैकेज में प्रवेश करती है, तो यह मोल्डिंग कंपाउंड और सब्सट्रेट, या डाई अटैच पैडल के बीच इंटरफ़ेस में बस जाती है।

जब वह भाग रिफ्लो ओवन से गुजरता है, तो तापमान 260°C तक बढ़ जाता है। वह फंसी हुई नमी सुपरहीटेड भाप में बदल जाती है। लेकिन प्लास्टिक के ठोस टुकड़े के विपरीत, MEMS पैकेज में अक्सर आंतरिक voids और विविध सामग्री इंटरफेस होते हैं। पैकेज के बाहर दरार डालने के बजाय, भाप का दबाव सबसे कम प्रतिरोध का रास्ता खोजता है: यह आंतरिक परतों को डेलैमिनेट करता है। यह डाई को उसके अटैच पैड से अलग कर देता है या मोल्डिंग कंपाउंड को लीड फ्रेम से कुछ माइक्रोन ऊपर उठा देता है।

भाग विस्फोट नहीं करता। यह बस गहरी सांस लेता है और फैलता है।

महत्वपूर्ण बात यह है कि विद्युत कनेक्शन—आमतौर पर गोल्ड वायर बॉन्ड—अक्सर संपर्क बनाए रखने के लिए पर्याप्त खिंच जाते हैं। यूनिट ठंडा होता है, अंतर थोड़ा बंद हो जाता है, और यह विद्युत निरंतरता पास करता है। यह आपके ICT से आसानी से गुजर जाता है।

लेकिन नुकसान हो चुका है। अब आपके पास एक सूक्ष्म डेलैमिनेशन गैप है। अगले कुछ हफ्तों में, जब डिवाइस उपयोगकर्ता के वातावरण में दैनिक तापमान परिवर्तन या आर्द्रता के माध्यम से चक्र करता है, तो वह गैप सांस लेता है। यह संदूषकों को पंप करता है। यदि आप नो-क्लीन प्रक्रिया का उपयोग कर रहे हैं, तो फ्लक्स अवशेष जो सतह पर हानिरहित होने चाहिए थे, इन नए दरारों में खिंचे जा सकते हैं। एक बार अंदर, वे नमी के साथ मिलकर एक चालक इलेक्ट्रोलाइट बनाते हैं।

धीरे-धीरे, क्षरण बॉन्ड पैड या नाजुक MEMS संरचना को खा जाता है। या, डेलैमिनेटेड डाई का यांत्रिक तनाव MEMS झिल्ली को आराम देता है, जिससे इसका शून्य-बिंदु स्थानांतरित हो जाता है। यही कारण है कि आप हफ्तों बाद “सेंसर ड्रिफ्ट” देखते हैं। पार्ट टूटा नहीं है; यह अनमूर है।

अपराध स्थल: यह ओवन नहीं है

जब ये विफलताएं होती हैं, तो पहली प्रवृत्ति रिफ्लो प्रोफ़ाइल को दोष देना होती है। इंजीनियर सोक ज़ोन को समायोजित करने या पीक तापमान को दो डिग्री कम करने में दिन बिताते हैं। यह समय की बर्बादी है। आप गीले पार्ट्स से रिफ्लो के जरिए बाहर नहीं निकल सकते।

अपराध ओवन में नहीं हुआ; यह तीन दिन पहले स्टोरेज शेल्फ पर हुआ था।

यदि आप उत्पादन क्षेत्र में चलते हैं—गाइडेड टूर पथ नहीं, बल्कि पिक-एंड-प्लेस मशीनों के पीछे की गली—तो आप मूल कारण पाएंगे। आप एक “ड्राई कैबिनेट” देख सकते हैं जहाँ डिजिटल रीडआउट 5% RH दिखाता है, लेकिन दरवाज़े का हिंज टूटा हुआ है और कप्टन टेप से बंद किया गया है। सील कसा हुआ नहीं है, और अंदर की वास्तविक आर्द्रता 55% है, जो कमरे के बराबर है।

आप एक कार्ट पर बैठे नमी-संवेदनशील घटकों के रील देख सकते हैं जो एसी वेंट के नीचे हैं क्योंकि ऑपरेटर ने सोचा कि “ठंडी हवा” उन्हें सुरक्षित रखेगी। आप लॉगबुक पाएंगे जो दावा करती हैं कि एक रील 14:00 बजे ड्राई बॉक्स में वापस रखी गई थी, जबकि सुरक्षा कैमरा दिखाता है कि वह 18:00 बजे शिफ्ट परिवर्तन तक फीडर ट्रॉली पर बैठी थी।

ये उल्लंघन डेटा सिस्टम के लिए अदृश्य हैं। MES (मैन्युफैक्चरिंग एक्जीक्यूशन सिस्टम) कहता है कि पार्ट के पास 48 घंटे का फ्लोर जीवन बचा है। भौतिकी कहती है कि यह 12 घंटे पहले संतृप्त हो चुका है। जब वह संतृप्त पार्ट 260°C के रिफ्लो ओवन के पीक तापमान से गुजरता है, तो भाप का दबाव अपना काम करता है, चाहे आपका रैम्प-डाउन रेट कितना भी परफेक्ट क्यों न हो।

समस्या से बाहर निकलने के लिए बेकिंग बंद करें

नमी के डर पर सबसे खतरनाक प्रतिक्रिया “बस बेक कर दो” मानसिकता है। उत्पादन प्रबंधक, $50,000 के सेंसर के खराब होने से डरकर, फ्लोर जीवन को “रीसेट” करने के लिए बेक साइकिल का आदेश देते हैं।

बेकिंग कोई मुफ्त रीसेट बटन नहीं है—यह एक थर्मल तनाव घटना है।

मानक IC 125°C पर 24 घंटे तक बिना शिकायत के बेक सहन कर सकते हैं, लेकिन MEMS बहुत अधिक नाजुक होते हैं। मैंने उच्च तापमान पर बेक किए गए एक्सेलेरोमीटर की ट्रे देखी हैं जहाँ सस्ते शिपिंग ट्रे (जो बेकिंग के लिए रेटेड नहीं थे) से निकलने वाली गैसें सेंसर पोर्ट्स पर संघनित होकर उन्हें बंद कर देती हैं।

यहाँ तक कि यदि आप सही उच्च-तापमान JEDEC मैट्रिक्स ट्रे का उपयोग करते हैं, तो बार-बार बेकिंग लीड इंटरफेस पर इंटरमेटालिक वृद्धि को बढ़ावा देती है और पैड्स को ऑक्सीडाइज कर देती है। आप पार्ट को सुखा सकते हैं, लेकिन अब आपने सोल्डरिंग में “हेड-इन-पिलो” दोष का जोखिम पैदा कर दिया है क्योंकि पैड्स ठीक से गीले नहीं होंगे।

इसके अलावा, यदि आप टेप-एंड-रील में अभी भी मौजूद पार्ट्स को बेक करने की कोशिश करते हैं, तो आप एक तेज धार पर चल रहे हैं। अधिकांश कैरियर टेप मानक बेक तापमान सहन नहीं कर सकते। आप अपने घटकों से पिघला हुआ प्लास्टिक जुड़ा हुआ पाएंगे, या टेप इतना विकृत हो जाएगा कि हाई-स्पीड फीडर्स जाम हो जाएंगे, जिससे भारी डाउनटाइम होगा।

यदि आपको बेक करना ही है, तो आपको J-STD-033 का सख्ती से पालन करना होगा, अक्सर कम तापमान (40°C) पर बेक करना होगा जो हफ्तों तक चलता है, घंटों तक नहीं। अधिकांश फैक्ट्रियां इसके लिए धैर्य नहीं रखतीं, इसलिए वे तापमान बढ़ाकर पार्ट्स को पकाती हैं।

MSL घड़ी पूर्ण है

अनुशासन समस्या की जड़ अक्सर मॉइस्चर सेंसिटिविटी लेवल (MSL) रेटिंग की गलत समझ होती है। कई टीमें MSL को एक मोटे दिशानिर्देश के रूप में मानती हैं। ऐसा नहीं है। यह एक गणना किया गया थर्मल सीमा है।

MSL 3 और MSL 5a के बीच एक विशाल खाई है।

• MSL 3 आपको 168 घंटे (एक सप्ताह) का एक्सपोजर समय देता है।
• MSL 5a आपको 24 घंटे देता है।

यह एक दिन है। यदि MSL 5a माइक्रोफोन की एक रील सेटअप के लिए खोली जाती है, 10 घंटे की शिफ्ट के लिए मशीन पर छोड़ी जाती है, और फिर एक बैग में वापस रखी जाती है जो पूरी तरह से निर्वातित नहीं है, तो घड़ी नहीं रुकती। यह, सबसे अच्छा, रुकावट करती है। यदि डेसिकेंट पहले से संतृप्त था, तो घड़ी बैग के अंदर चलती रहती है।

यह आम है कि फर्मवेयर इंजीनियर इन विफलताओं के चारों ओर कोड करने की कोशिश करते हैं। वे सेंसर ड्रिफ्ट देखते हैं और पढ़ाई को स्थिर करने के लिए जटिल कैलिब्रेशन टेबल या “बर्न-इन” रूटीन बनाने की कोशिश करते हैं। यह व्यर्थ है। आप सॉफ़्टवेयर से डेलैमिनेटेड डाई अटैच को ठीक नहीं कर सकते। आप एक टूटी हुई भौतिक संरचना को कैलिब्रेट कर रहे हैं जो नमी बदलने पर लगातार हिलेगी।

हीरोइक से अधिक प्रोटोकॉल

“वॉकिंग वाउंडेड” के लिए एकमात्र समाधान ओवन से पहले आक्रामक, संदिग्ध अनुशासन है।

आपको रसायन विज्ञान पर भरोसा करना चाहिए, न कि लॉगबुक पर। हर मॉइस्चर बैरियर बैग (MBB) के अंदर एक ह्यूमिडिटी इंडिकेटर कार्ड (HIC) होता है। जब आप बैग खोलते हैं, तो तुरंत उस कार्ड को देखें। यदि 10% स्थान गुलाबी (या प्रकार के अनुसार लैवेंडर) है, तो पार्ट्स संदिग्ध हैं, चाहे लेबल कुछ भी कहे।

हर बैग को खोलने से पहले वैक्यूम सील की जांच करें। यदि बैग ढीला है—यदि आप प्लास्टिक को चिमटी की तरह पकड़कर ट्रे से दूर खींच सकते हैं—तो यह समझौता किया गया है। डेसिकेंट संभवतः संतृप्त है।

अंत में, आपको पार्ट्स को स्क्रैप करने के लिए तैयार होना होगा। यह प्रबंधन को बेचना सबसे कठिन होता है। लेकिन एक रील MEMS सेंसर की जो अज्ञात अवधि के लिए बाहर छोड़ी गई है, वह एक टाइम बम है। यदि आप इसे बोर्ड पर लगाते हैं, तो यह फैक्ट्री टेस्ट पास करेगा। यह शिप होगा। और जब आपका ग्राहक इसे नमी वाली सुबह जॉगिंग के लिए ले जाएगा, तो यह फेल होगा।

$2,000 रील को स्क्रैप करने की लागत फील्ड रिकॉल की लागत की तुलना में एक राउंडिंग त्रुटि है। इसे बेक न करें। अनुमान न लगाएं। यदि कस्टडी की श्रृंखला टूट गई है, तो पार्ट कचरा है।