Fisika Gulungan Parsial: Mengapa Kita Menutup Sampul Sebelum Tidur

Dalam pembuatan elektronik, komponen paling berbahaya sering kali adalah yang sudah digunakan. Gulungan lengkap yang tersegel vakum dari distributor seperti Digi-Key atau Mouser adalah jumlah yang diketahui dan aman. Tapi saat segel itu pecah dan gulungan masuk ke pemasok, sebuah jam mulai berdetik. Ketika produksi selesai dan tersisa gulungan sebagian, cara Anda menangani inventaris sisa itu menentukan apakah batch produksi berikutnya menghasilkan papan yang berfungsi atau limbah mahal.

Ini bukan tentang keteraturan gudang; ini tentang termodinamika.

Saat perangkat sensitif kelembapan—misalnya, BGA atau QFN—terpapar udara ruang di lantai produksi, epoksi hygroscopic-nya mulai menyerap uap air. Itu berfungsi seperti spons. Jika komponen itu kemudian dipasang ke papan dan dikirim melalui oven reflow, suhu melonjak ke 240°C atau 260°C dalam hitungan detik. Air yang terjebak dalam kemasan plastik tidak hanya menjadi panas; itu berubah menjadi uap superpanas. Karena air mengembang sekitar 1.600 kali lipat volumenya saat berubah menjadi uap, tekanan di dalam komponen kecil itu menjadi sangat berbahaya. Akibatnya adalah 'popcorning'—mikro-retak internal, delaminasi dari die ke bingkai lead, dan kegagalan kawat pengikat. Anda sering tidak dapat melihat kerusakan ini dengan mata telanjang, tetapi papan akan gagal.

Satu-satunya pertahanan terhadap fisika ini adalah protokol penutupan yang ketat, hampir paranoia. Tas penghalang kelembapan (MBB) bukan hanya kemasan—ini adalah kapsul waktu.

Jam Jam Akumulatif

Mitos yang gigih menghantui banyak lantai pabrik: bahwa jam 'Floor Life'—Waktu paparan yang diizinkan yang didefinisikan oleh J-STD-033—mengatur ulang saat sebuah bagian dimasukkan kembali ke dalam tas. Itu adalah angan-angan berbahaya. Jam itu tidak mengatur ulang; itu hanya jeda. Jika sebuah komponen Level 3 MSL memiliki umur lantai 168 jam dan duduk di pemasok selama 24 jam, sisa waktunya 144 jam. Jika dilempar ke dalam tas longgar dengan segel yang lemah selama seminggu, difusi tetap berlangsung, meskipun lebih lambat. Saat dikeluarkan untuk pekerjaan berikutnya, mungkin sudah menjadi stok mati.

Realitas ini menentukan cara kita menangani gulungan sebagian saat mereka keluar langsung dari mesin pick-and-place. Selisih antara "Akhir Produksi" dan "Segel Vakum" adalah variabel paling kritis dalam pelestarian inventaris. Dalam lingkungan dengan kelembapan tinggi—bayangkan musim panas Midwest di mana lantai pabrik mencapai 60% RH meskipun HVAC berjuang untuk bertahan—masuknya kelembapan terjadi dengan cepat. Menyisakan gulungan FPGA bernilai tinggi di atas gerobak "untuk dikemas nanti" sebenarnya berarti memutuskan untuk merusak bagian tersebut dengan sengaja. Protokol harus segera dilakukan: gulungan dilepas dari mesin, pemimpin dipastikan, dan langsung menuju stasiun penyegelan.

Ketatnya protokol ini sering membingungkan pelanggan yang memasok bahan mereka sendiri. Ketika kami menerima kit titipan, kami sering harus memutus segel asli pelanggan untuk memverifikasi jumlah atau memuat pemasok. Setelah itu terjadi, kami bertanggung jawab terhadap risiko kelembapan. Kami tidak dapat sekadar menutup tas dengan lakban dan berharap yang terbaik, atau bergantung pada kemasan asli pelanggan jika itu telah terganggu. Kami menyegel ulang semuanya sesuai dengan protokol MSL internal kami, terlepas dari bagaimana barang tersebut tiba. Jika bagian terbuka, jam sedang berjalan, dan kami bertanggung jawab untuk menghentikannya.

Tarif difusi standar mengasumsikan lingkungan sekitar tertentu, biasanya 30°C/60% RH. Meskipun gulungan yang duduk di fasilitas Arizona yang sangat kering menyerap kelembapan lebih lambat daripada di Ohio, mengandalkan keberuntungan lingkungan bukanlah sebuah proses. Protokol harus mengasumsikan skenario terburuk untuk menjamin keamanan. Jika segel vakum tidak cukup ketat untuk menampilkan garis besar lubang sprocket melalui tas, itu bukan segel. Itu hanya pembungkus longgar, dan jam masih berjalan.

Dusta Berbohong dari Desikan Ulang

Titik kegagalan paling umum dalam penyimpanan gulungan sebagian bukan pada tas itu sendiri, tetapi pada kimia di dalamnya. Operasi yang hemat biaya cenderung menggunakan kembali paket desikan yang datang dengan gulungan asli. Operator mengambil gulungan, membuang paket di bangku, menjalankan pekerjaan, dan kemudian melemparkan kembali paket yang sama dengan gulungan sebagian.

Paket itu kemungkinan sudah mati.

Pengering, baik itu silica gel atau tanah liat montmorillonite, memiliki kapasitas terbatas untuk menyerap kelembaban. Begitu mencapai kejenuhan, pengering berhenti bekerja. Ia menjadi massa inert. Menaruh paket pengering yang jenuh ke dalam kantong tertutup sama seperti memasukkan batu ke dalam tas; itu tidak memberikan perlindungan sama sekali. Faktanya, jika paket tersebut menyerap kelembapan dari lantai pabrik yang lembap sepanjang hari, menyegelnya di dalam kantong bersama bagian-bagiannya justru bisa mengunci kelembapan tersebut. di, menciptakan lingkungan lembap lokal tepat di dekat komponen sensitif.

Kami menggunakan ‘tes batu’ sederhana untuk pengering tanah liat, tetapi satu-satunya verifikasi nyata adalah Kartu Indikator Kelembapan (HIC). Setiap reel parsial yang kami segel mendapatkan paket pengering baru dan HIC yang segar. Kami tidak menggunakannya kembali. Biaya satu paket pengering 4-unit dari vendor terkemuka seperti Clariant dihitung dengan sen. Biaya pengerjaan ulang papan dengan IC $500 yang delaminasi sangat besar. Menghemat empat puluh sen untuk mengambil risiko satu kali produksi senilai empat puluh ribu dolar adalah ekonomi palsu.

Sesekali, manajer fasilitas bertanya apakah mereka bisa hanya menggunakan kabinet kering nitrogen alih-alih menyegel vakum. Kabinet kering sangat baik untuk Pekerjaan Dalam Proses (WIP)—bagian yang akan digunakan kembali dalam waktu 48 jam. Tapi Anda tidak bisa mengirim kabinet kering, dan Anda tidak bisa menyusun di rak gudang selama enam bulan. Untuk penyimpanan jangka panjang parsial, kantong vakum adalah satu-satunya solusi yang layak.

Ketika reel diambil dari inventaris berbulan-bulan kemudian, HIC adalah sumber kebenaran. Ini adalah satu-satunya hal yang jujur di gudang. Jika cetakan spot 10% berubah dari biru ke merah muda, seal gagal. Bagian-bagiannya diragukan. Tidak ada jumlah argumen tentang buku log atau tanggal segel yang dapat mengesampingkan kimia dari kartu tersebut.

Kesesatan Pemanggangan

Argumen “Tim Merah”—yang kita dengar dari teknisi junior dan manajer yang ditekan jadwal—sederhana: “Mengapa khawatir tentang kantong? Jika bagian-bagiannya basah, kita bisa memanggangnya.”

Ini adalah salah paham mendasar tentang pembuatan elektronik. Pemanggangan bukanlah langkah proses standar; ini adalah misi penyelamatan untuk kegagalan yang sudah terjadi. Dan seperti sebagian besar misi penyelamatan, ini datang dengan kerusakan sampingan.

Untuk mengeluarkan kelembapan dari kemasan plastik, Anda harus memanaskannya. Profil pemanggangan standar sering kali memerlukan 125°C selama 24 jam, atau suhu lebih rendah untuk waktu yang jauh lebih lama. Meskipun ini memang menghilangkan air, ini juga mempercepat pertumbuhan lapisan intermetallic antara rangkaian pemimpin tembaga dan pelapisan tim/permukaan emas. Ini memacu oksidasi pada permukaan terminasi.

Ketika Anda mengambil bagian yang telah dipanggang itu dan mencoba menyoldernya, Anda sering menemukan bahwa jalur telah teroksidasi sampai titik di mana pasta solder tidak bisa membasahi. Anda telah menukar masalah kelembapan dengan masalah solderability. Anda mungkin tidak mengalami popcorning, tetapi Anda akan mendapatkan sambungan terbuka, cacat head-in-pillow, atau wetting yang lemah yang gagal di lapangan. Kami melihat ini secara khusus dengan QFNs dan komponen lain yang berterminasi di bawah di mana sambungan murni secara kimiawi.

Untuk alasan ini, kami tidak membahas pemanggangan sebagai “Rencana B” untuk inventaris. Kami memandang pemanggangan sebagai upaya terakhir untuk bagian yang telah salah urus, biasanya dari sumber pasar abu-abu. Untuk parsial kami sendiri, tujuannya adalah agar mereka tidak pernah melihat bagian tersebut masuk ke dalam oven sampai mereka berada di papan untuk proses reflow. Saya tidak akan mencantumkan profil pemanggangan di sini karena saya tidak ingin mendorong penggunaannya. Proses ini bergantung pada pencegahan, bukan remediasi.

Fisika dari Keuntungan

Pada akhirnya, disiplin dalam menyegel reel parsial berkaitan dengan melindungi tingkat hasil. Ini pekerjaan yang membosankan. Dibutuhkan operator untuk berhenti dari apa yang mereka lakukan, mengambil bahan segar, dan menunggu siklus dari penyegel vakum. Rasanya seperti waktu berhenti operasional.

Namun ketika Anda melihat laba/rugi dari jalur manufaktur, ‘waktu berhenti’ itu sebenarnya adalah premi asuransi. Biaya menyegel reel dengan benar sekitar satu dolar dalam tenaga kerja dan bahan. Biaya kegagalan lapangan tunggal yang disebabkan oleh retak mikro pada komponen sensitif kelembapan dapat menghapus margin untuk seluruh batch. Fisika tidak peduli tentang tenggat waktu Anda, dan tidak peduli tentang penghematan Anda pada kantong plastik. Ia hanya menghormati penghalang.