부분 릴의 물리학: 왜 잠자기 전에 밀봉하는가

전자 제조에서 가장 위험한 부품은 이미 사용된 부품인 경우가 많습니다. Digi-Key나 Mouser 같은 유통업체에서 오는 완전 진공 밀봉된 릴은 안전한 양으로 알려져 있습니다. 그러나 그 봉인이 깨지고 릴이 공급기기에 들어가면 시계가 시작됩니다. 제작이 끝나고 부분 릴이 남을 때, 그 남은 재고를 어떻게 처리하느냐가 다음 생산이 정상 작동하는 보드인지 또는 비싼 폐기물인지 결정합니다.

이것은 창고 정리의 문제가 아니라 열역학의 문제입니다.

박막기 또는 QFN과 같이 습기 민감한 장치가 작업장의 공기 중에 노출되면, 흡습성 에폭시 봉입재는 수증기를 흡수하기 시작합니다. 이것은 스펀지처럼 작용합니다. 이후 그 부품이 보드에 놓이고 리플로우 오븐을 통과하면, 온도는 수 초 만에 240°C 또는 260°C로 치솟습니다. 플라스틱 패키지 내부에 갇힌 물은 단순히 뜨거워질 뿐만 아니라 초고온 증기로 번쩍입니다. 수증기가 증기로 변할 때 약 1,600배의 부피 확장을 일으키기 때문에, 그 미세한 부품 내부의 압력은 폭발적으로 증가합니다. 그 결과는 '팝콘화'로, 내부 미세 균열, 다이의 리드 프레임 탈리, 본드 와이어 실패를 초래합니다. 육안으로는 이 손상을 보기 어렵지만, 보드는 고장납니다.

이 물리학에 대한 유일한 방어는 엄격하고 거의 편집증적이 응결 방지 프로토콜입니다. 습기 차단 백(MBB)은 단순한 포장이 아니라 시간 캡슐입니다.

누적 시계

많은 작업장에는 ‘Floor Life’ 시계—J-STD-033에서 정의한 허용 노출 시간—가 부품이 다시 가방에 들어가는 순간 재설정된다는 지속적인 신화가 존재합니다. 이는 위험한 망상입니다. 시계는 재설정되지 않고, 일시 정지될 뿐입니다. MSL 레벨 3 부품이 168시간의 바닥 수명을 갖고 있고, 공급기에 24시간 있다면, 남은 시간은 144시간입니다. 1주일 동안 약한 봉인된 느슨한 가방에 넣으면 확산은 계속되지만 느려집니다. 다음 작업을 위해 다시 꺼낼 때, 이미 재고 폐기물일 수 있습니다.

이 현실은 픽 앤 플레이스 기계에서 바로 떨어진 후 재고를 어떻게 처리할지 결정합니다. '작업 종료'와 '진공 봉인' 사이의 간격은 재고 유지에서 가장 중요한 변수입니다. 높은 습도 환경—예를 들어, HVAC가 간신히 버티는 미드웨스트 여름 기간에 작업장이 60% RH를 기록하는 경우—습기 유입은 빠르게 발생합니다. 고가 FPGA 릴을 카트에 ‘나중에 포장하려고’ 놓는 것은 사실상 부품을 고의로 손상시키는 것과 같습니다. 즉각적인 프로토콜이 필요합니다: 릴이 기계에서 떨어지고, 리더가 고정되며, 바로 밀봉 단계로 이동해야 합니다.

이 엄격함은 자신의 재료를 공급하는 고객들을 종종 혼란스럽게 만듭니다. 저희는 위탁 키트를 받으면 종종 고객의 원래 봉인을 깨서 개수 검증이나 공급기에 적재해야 합니다. 그 일이 발생하면 습기 위험은 우리 책임이 됩니다. 우리는 단순히 가방을 테이프로 밀봉하는 것만으로 이상을 기대할 수 없으며, 손상된 고객 포장에 의존할 수도 없습니다. 내부 MSL 프로토콜에 따라 재밀봉하며, 어떻게 도착했든 관계없이 처리합니다. 부품이 개봉된 경우, 시계는 이미 돌아가고 있으며, 우리는 이를 멈추는 책임이 있습니다.

일반 확산률은 대개 30°C/60% RH의 특정 환경을 가정합니다. 애리조나의 건조한 시설에 있는 릴이 오하이오보다 습기를 덜 흡수하는 것처럼, 주변 환경의 운에 기대는 것은 과정이 아닙니다. 프로토콜은 최악의 시나리오를 가정하여 안전을 보장해야 합니다. 만약 진공 봉인에 톱니 구멍의 윤곽이 가방을 통해 보이지 않는다면, 이는 밀봉이 아닙니다. 그냥 느슨한 포장이고, 시계는 계속 움직이고 있습니다.

재사용된 제습제의 거짓말

부분 릴 저장의 가장 흔한 실패 지점은 가방 자체가 아니라 그 안의 화학성분입니다. 경제성을 고려하는 작업들은 원래 릴과 함께 온 제습제 팩을 재사용하는 경향이 있습니다. 작업자는 릴을 꺼내서 작업대에 놓고, 작업을 수행한 후, 같은 팩을 재활용해 부분 릴과 함께 넣습니다.

그 팩은 이미 소멸했을 가능성이 높습니다.

흡습제는 실리카겔이나 몽모릴로나이트 점토와 관계없이, 습기를 흡수하는 유한한 용량이 있습니다. 포화 상태에 이르면 작동을 멈추고 비활성 상태가 됩니다. 포화된 흡습제 팩을 밀폐된 백에 넣는 것은 돌멩이를 넣는 것과 같으며, 아무 보호도 제공하지 않습니다. 실제로, 그 팩이 하루 종일 습기 많은 공장 바닥에서 습기를 흡수했다면, 부품과 함께 백 안에 밀폐하는 것은 오히려 습기를 잠그는 것일 수 있습니다. 에, 민감한 부품 바로 옆에 국부적인 습도 환경을 만듭니다.

우리는 점토 흡습제에 대해 간단한 "락 테스트"를 사용하지만, 유일한 진짜 검증 방법은 습도 지시판(HIC)입니다. 우리가 봉인하는 각 부분 릴에는 새롭고 신선한 흡습제 팩과 신선한 HIC가 함께 제공합니다. 재사용하지 않습니다. 신뢰할 수 있는 공급업체인 Clariant의 4단위 흡습제 팩 가격은 몇 페니에도 미치지 않습니다. $500 칩셋이 포함된 기판 재작업 비용은 막대합니다. 40센트를 절약하려고 4만 달러 규모의 생산을 위험에 빠뜨리는 것은 잘못된 경제적 선택입니다.

가끔 시설 관리자들은 진공 밀봉 대신 질소 건조 캐비닛을 사용할 수 있는지 묻기도 합니다. 건조 캐비닛은 작업 진행(WIP)에 탁월하지만 — 48시간 이내에 재사용될 부품들 —, 배송하거나 창고 선반에 쌓아 두는 것은 불가능합니다. 부분적인 장기 저장에는 진공 백이 유일한 실용적인 해결책입니다.

재고에서 릴을 몇 달 후 꺼낼 때, HIC가 진실의 원천입니다. 그것이 창고에서 유일한 정직한 것입니다. 만약 10% 표시가 파란색에서 분홍색으로 변했다면, 봉인에 실패한 것입니다. 부품들은 의심스럽습니다. 로그북이나 봉인 날짜에 대한 논쟁은 카드의 화학적 특성을 무시할 수 없습니다.

베이킹 착각

"레드 팀" 주장은 — 주니어 테크니션이나 일정 압박을 받는 관리자 모두가 듣는 — 간단합니다: "가방에 대해 걱정하지 마세요? 부품이 젖으면 그냥 구우면 되죠."

이것은 전자 제조의 근본적인 오해입니다. 굽는 것은 표준 프로세스 단계가 아니며, 이미 발생한 실패를 구하기 위한 구조 임무입니다. 그리고 대부분의 구조 임무와 마찬가지로 부수적 피해를 동반합니다.

플라스틱 패키지에서 습기를 빼내려면 가열해야 합니다. 표준 굽기 프로파일은 대개 125°C에서 24시간을 요구하거나, 훨씬 낮은 온도에서 더 오랜 시간 동안 가열합니다. 이는 물을 제거하는 동시에 구리 리드 프레임과 주석/납 또는 금 도금 사이의 금속 간 계층의 성장을 촉진하고, 종료 표면 산화를 유도합니다.

그 굽힌 부품을 납땜하려고 할 때, 종종 리드가 산화되어 솔더 페이스트가 접촉하지 못하는 경우를 발견합니다. 습기 문제를 납땜 가능성 문제로 바꾸는 셈입니다. 팝콘 현상은 일어나지 않겠지만, 열림 조인트, 헤드인 필로우 결함 또는 필드에서 실패하는 약한 습윤 상태를 얻을 수 있습니다. 특히 QFN과 같이 연결이 순수 화학적 방법인 하단 단자 부품에서 자주 목격됩니다.

이 때문에 우리는 굽기를 재고의 "계획 B"로 논의하지 않습니다. 흑시장 출처의 부품이 잘못 다루어진 후 최후의 수단으로 여깁니다. 우리의 부품들은 리플로우용으로 접촉하기 전까지는 절대 오븐 내부를 보지 않도록 하는 것이 목표입니다. 저는 굽기 프로파일을 여기서 나열하지 않겠습니다, 사용을 권장하지 않기 때문에. 이 프로세스는 예방에 의존하며, 교정이 아닙니다.

이익의 물리학

궁극적으로, 부분 릴을 밀봉하는 규율은 수율률을 보호하는 것과 관련이 있습니다. 이는 지루한 작업입니다. 작업자가 일을 멈추고, 신선한 재료를 가져오며, 진공 밀봉기가 주기를 돌기를 기다리게 합니다. 이는 일종의 다운타임처럼 느껴질 수 있습니다.

그러나 제조 라인의 손익 계산서를 볼 때, 그 "다운타임"은 사실 보험료와 같습니다. 릴을 정확하게 밀봉하는 비용은 대략 인건비와 재료비로 1달러 정도입니다. 습기에 민감한 부품에서 미세 균열로 인한 현장 실패 하나의 비용이 전체 배치의 마진을 모두 없앨 수 있습니다. 물리학은 당신의 마감 시한이나 플라스틱 봉투 절약에 신경 쓰지 않습니다. 오직 장벽만을 존중할 뿐입니다.