Perangkap Kelembapan Tersembunyi: Mengelola Komponen MSL Batas

Paket yang paling berbahaya di dermaga penerimaan bukanlah yang jelas rusak. Itu adalah yang terlihat sempurna. Tas Penghalang Kelembaban standar (MBB) tiba dengan segel vakum yang rapat seperti drum, labelnya tajam, dan kode tanggal terlihat baru. Bagi mata yang tidak terlatih—atau agen pembelian yang terburu-buru—komponen ini "kering." Tetapi fisika transmisi uap air sering menceritakan kisah yang berbeda.

Tekanan vakum adalah keadaan mekanis, bukan penghalang kelembaban. Sebuah tas bisa ditarik ke vakum sempurna dan masih memiliki Tingkat Transmisi Uap Kelembaban (MVTR) yang memungkinkan kelembaban meresap ke plastik selama berbulan-bulan penyimpanan. Ketika air itu masuk, ia tidak duduk di permukaan; ia mengadsorpsi ke dalam plastik higroskopis yang melapisi komponen itu sendiri. Selama proses reflow, ketika suhu mencapai 240°C atau lebih tinggi, air mikroskopis yang terperangkap itu berubah menjadi uap superpanas secara instan, mengembang sekitar 1.600 kali volume cair aslinya.

Hasilnya adalah "popcorning"—delaminasi internal yang merobek ikatan kawat atau retak pada die. Anda sering tidak akan melihat ini dari luar. Kadang-kadang bagian tersebut bahkan akan lulus pengujian listrik hari ini, hanya untuk gagal di lapangan tiga bulan kemudian. Kekencangan tas adalah ilusi; satu-satunya yang penting adalah kimia di dalamnya.

Kartu Indikator Kelembaban: Saksi Tunggal

Setelah Anda membuka segel itu, Anda memiliki tepat satu titik data yang dapat diandalkan: Kartu Indikator Kelembaban (HIC). Selembar kertas kecil ini, yang diresapi dengan Kobalt Diklorida atau bahan kimia sensitif kelembaban serupa, adalah saksi tunggal terhadap lingkungan yang telah dialami komponen sejak disegel.

Dokumen dan Sertifikat Kesesuaian (CoC) bisa dipalsukan atau hanya terputus dari kenyataan. Seorang broker di Shenzhen bisa mengemas ulang gulungan mikrokontroler MSL 3 yang telah duduk di rak selama dua tahun, menyegel vakum dalam tas baru dengan paket desikan baru, dan menempelkan label "Baru" pada kotak. Tetapi mereka sering lupa memanggang bagian terlebih dahulu, atau mereka menggunakan HIC murah yang bereaksi terlalu lambat.

Saat Anda membuka tas itu, lihat segera pada HIC. Jangan menunggu. Kelembaban sekitar fasilitas Anda akan mulai mengubah titik-titik menjadi merah muda dalam hitungan menit, menghancurkan bukti Anda.

J-STD-033D jelas, namun di sinilah sebagian besar kesalahan terjadi di lantai produksi. Anda melihat titik 10% (untuk pekerjaan standar) atau titik 60% (untuk pemeriksaan warisan), tetapi ada area abu-abu yang berbahaya di sini. Titik seharusnya berwarna biru untuk kering dan merah muda untuk basah. Pada kenyataannya, Anda sering melihat "lavender." Ini adalah ungu keruh dan ambigu yang menunjukkan desikan bekerja keras tetapi gagal.

Jika Anda melihat lavender pada titik 10%, anggap bagian tersebut basah. Jangan biarkan tekanan produksi meyakinkan Anda bahwa "cukup dekat dengan biru." Jika warnanya bergeser sedikit pun dari rona referensi, komponen telah menyerap kelembaban. Desikan sudah jenuh. Margin keamanan hilang.

Berhati-hatilah terutama jika Anda berurusan dengan distributor independen atau broker. Perangkap umum terjadi ketika broker mengambil bagian yang terpapar kelembaban tidak diketahui, menyegelnya, dan langsung mengirimnya. Jika waktu transit singkat (2-3 hari), HIC mungkin belum sempat menyetarakan dan berubah merah muda, meskipun bagian basah. Jika tanggal segel tas adalah kemarin, tetapi bagian berasal dari 2019, HIC memberi tahu Anda kondisi dari udara di dalam kantong, bukan kelembapan di bagian. Dalam kasus ini, bahkan HIC biru pun dicurigai.

Pertukaran Oksidasi: Memanggang atau Tidak Memanggang?

Ketika Anda mengidentifikasi bagian yang basah, baik melalui HIC merah muda atau segel yang rusak, reaksi spontan adalah “cukup panggang saja.” Sebagian besar manajer produksi menyukai pemanggangan pada 125°C. Ini cepat. Menurut tabel pencarian J-STD-033D, Anda sering dapat mengeringkan paket dengan ketebalan standar dalam 24 hingga 48 jam pada suhu ini. Ini cocok untuk jeda akhir pekan: masukkan gulungan pada hari Jumat, dan pada Senin pagi, mereka siap dipasang.

Namun kecepatan ini datang dengan biaya tersembunyi yang parah: oksidasi.

Manufaktur elektronik adalah perang konstan melawan dua musuh: kelembapan dan oksida. Memanggang pada 125°C melawan kelembapan tetapi secara agresif mempercepat oksidasi. Jika komponen Anda memiliki lapisan OSP (Organic Solderability Preservative), pemanggangan suhu tinggi akan merusak lapisan pelindung tersebut. Lapisan organik terurai, mengekspos tembaga di bawahnya ke udara panas. Saat Anda mengeluarkan bagian tersebut, kaki atau pad mungkin terlihat baik dengan mata telanjang, tetapi mereka telah membentuk lapisan oksida tebal.

Ketika bagian yang teroksidasi ini mencapai jalur SMT, fluks dalam pasta solder Anda akan kesulitan menembus penghalang oksida tersebut. Anda akan melihat masalah pembasahan, cacat head-in-pillow pada BGA, atau sambungan solder yang lemah yang gagal dalam uji jatuh. Anda pada dasarnya telah menukar cacat kelembapan (popcorning) dengan cacat solderabilitas (tidak membasahi). Untuk komponen dengan lapisan Timah/Timbal atau Timah murni, risikonya lebih rendah tetapi masih ada, terutama untuk bagian pitch halus di mana pertumbuhan intermetalik dapat menurunkan keandalan sambungan.

Satu-satunya cara teknis yang tepat untuk menyelamatkan komponen basah dengan lapisan sensitif adalah “Pemanggangan Suhu Rendah.” Ini biasanya berarti 40°C pada kelembapan relatif (RH) kurang dari 5%. Ini sangat lambat. Kita berbicara tentang waktu pemanggangan yang diukur dalam minggu, bukan jam—kadang hingga 79 hari untuk paket tebal (lihat Tabel 4-1 dalam standar untuk berbagai variabel ketebalan vs MSL yang membingungkan).

Namun 40°C itu lembut. Ini mengeluarkan molekul air tanpa mempercepat reaksi kimia yang menyebabkan oksidasi, menjaga solderabilitas kaki. Jika Anda menangani silikon mahal atau bagian vintage yang sulit diganti, kesabaran adalah satu-satunya kontrol rekayasa yang berhasil.

Masa Pakai Lantai dan Mitos “Reset”

Setelah bagian kering dan berada di lantai, jam mulai berdetak. Ini adalah “Masa Pakai Lantai”—waktu paparan yang diizinkan yang didefinisikan oleh Tingkat Sensitivitas Kelembapan (MSL) komponen. Bagian MSL 3 memberi Anda 168 jam. Bagian MSL 5a hanya memberi Anda 24 jam.

Ada mitos yang bertahan di banyak jalur produksi bahwa Anda dapat “mengatur ulang” jam ini hanya dengan memasukkan gulungan kembali ke dalam kabinet kering selama beberapa jam. Ini salah. Kabinet kering (menjaga bagian pada <5% atau <10% RH) hanya menghentikan jam; tidak memundurkannya. Jika bagian MSL 5a keluar selama 10 jam, dan Anda memasukkannya ke dalam kotak kering semalaman, bagian tersebut masih memiliki 10 jam paparan terakumulasi saat Anda mengeluarkannya keesokan paginya. Tidak kembali ke nol.

Untuk benar-benar mengatur ulang masa pakai lantai menjadi nol, Anda harus memanggang bagian tersebut sesuai standar. Dan seperti yang baru saja kita tetapkan, memanggang adalah proses destruktif yang mengurangi anggaran solderabilitas komponen. Anda tidak bisa memanggang bagian secara tak terbatas; biasanya, Anda hanya mendapatkan satu kesempatan sebelum pin terlalu rusak untuk disolder dengan andal.

Ini memerlukan tingkat disiplin proses yang seringkali hilang di lingkungan dengan variasi tinggi. Operator harus mencatat waktu keluar dan masuk dengan ketelitian yang sangat tinggi. Jika sebuah gulungan dibiarkan di kereta pengumpan selama akhir pekan karena seseorang lupa memindainya kembali ke menara kering, Anda tidak bisa "menebak" bahwa kelembapan rendah. Anda harus mengasumsikan skenario terburuk. Jika kelembapan fasilitas melonjak hingga 60% RH saat lampu mati, bagian-bagian tersebut sekarang menjadi curiga.

Biaya Kewaspadaan

Menerapkan jalur kontrol kelembapan yang ketat—memeriksa HIC dengan benar, menolak menerima titik "lavender", dan bersikeras pada pemanggangan suhu rendah untuk finishing sensitif—akan membuat Anda tidak populer. Ini memperlambat penerimaan. Ini menunda produksi sementara bagian-bagian duduk di oven 40°C selama sebulan.

Tapi pertimbangkan alternatifnya. Delaminasi yang disebabkan oleh kelembapan tunggal pada BGA seringkali tidak terdeteksi sampai papan benar-benar dirakit dan dinyalakan. Atau lebih buruk, lulus uji pabrik dan gagal di tangan pelanggan ketika siklus termal memperluas mikro-retak. Biaya membuang PCBA yang sudah terisi penuh, atau menangani penarikan lapangan, jauh lebih besar daripada biaya kabinet kering atau penundaan jadwal. Dalam kontrol MSL, paranoia bukanlah cacat karakter. Itu adalah prasyarat untuk hasil yang baik.