숨겨진 수분 함정: 경계선 MSL 부품 관리

수령 도크에서 가장 위험한 패키지는 명백히 손상된 것이 아닙니다. 완벽해 보이는 패키지가 가장 위험합니다. 표준 습기 차단 백(MBB)은 북처럼 꽉 진공 밀봉되어 도착하며, 라벨은 선명하고 날짜 코드는 최근 것처럼 보입니다. 훈련받지 않은 눈이나 급한 구매 담당자에게 이 부품은 “건조”해 보입니다. 하지만 수증기 투과의 물리학은 종종 다른 이야기를 합니다.

진공 압력은 기계적 상태이지 습기 차단이 아닙니다. 봉투는 완벽한 진공 상태로 당겨질 수 있지만, 수분 증기 투과율(MVTR)이 있어 몇 달간 보관하는 동안 습기가 플라스틱을 통과할 수 있습니다. 그 물이 내부로 들어가면 표면에 머무르지 않고 부품 자체의 흡습성 플라스틱 캡슐화재에 흡착됩니다. 리플로우 과정에서 온도가 240°C 이상에 도달하면, 그 갇힌 미세한 물은 즉시 과열 증기로 변해 원래 액체 부피의 약 1,600배로 팽창합니다.

결과는 “팝코닝”—내부 박리로 인해 와이어 본드가 찢어지거나 다이가 균열됩니다. 외부에서는 이를 보지 못하는 경우가 많습니다. 때로는 부품이 오늘 전기 테스트를 통과해도 3개월 후 현장에서 고장 날 수 있습니다. 봉투의 단단함은 착각일 뿐이며, 중요한 것은 내부의 화학 상태입니다.

습도 표시 카드: 유일한 증인

그 밀봉을 자르면 신뢰할 수 있는 데이터 포인트는 단 하나뿐입니다: 습도 표시 카드(HIC). 코발트 디클로라이드 또는 유사한 습도 감지 화학물질이 함침된 이 작은 종이는 부품이 밀봉된 이후 견뎌온 환경의 유일한 증인입니다.

서류 작업과 적합성 증명서(CoC)는 위조되거나 현실과 동떨어질 수 있습니다. 선전의 중개상은 2년간 선반에 있던 MSL 3 마이크로컨트롤러 릴을 다시 포장하고 새 건조제 팩과 함께 진공 밀봉한 후 “신제품” 라벨을 붙일 수 있습니다. 하지만 종종 부품을 먼저 구워내는 것을 잊거나 반응이 너무 느린 저가 HIC를 사용합니다.

그 봉투를 열면 즉시 HIC를 확인하세요. 기다리지 마십시오. 시설의 주변 습도가 몇 분 내에 점을 분홍색으로 변하게 하여 증거를 파괴합니다.

J-STD-033D는 명확하지만, 대부분의 오류는 작업 현장에서 여기서 발생합니다. 표준 작업의 경우 10% 점을, 레거시 점검의 경우 60% 점을 보고 있지만 위험한 회색 지대가 있습니다. 점은 건조 시 파란색, 습할 때 분홍색이어야 합니다. 실제로는 종종 “라벤더”를 보게 됩니다. 이는 건조제가 열심히 작동하지만 실패하고 있음을 암시하는 탁하고 모호한 보라색입니다.

10% 점에서 라벤더 색을 보면 부품이 젖었다고 가정하세요. 생산 압력에 의해 “파란색에 거의 가깝다”는 말에 속지 마십시오. 색상이 기준 색상에서 조금이라도 벗어났다면 부품이 습기를 흡수한 것입니다. 건조제가 포화 상태이며 안전 여유가 사라졌습니다.

독립 유통업체나 중개상을 상대할 때 특히 조심하세요. 중개상이 알 수 없는 습도에 노출된 부품을 밀봉하고 즉시 배송하는 흔한 함정이 있습니다. 운송 시간이 짧으면(2-3일) 부품이 젖었어도 HIC가 완전히 평형을 이루고 분홍색으로 변할 시간이 없을 수 있습니다. 봉투 밀봉 날짜가 어제지만 부품이 2019년산이라면, HIC는 상태를 알려주고 있습니다. 백 안의 공기, 가 아니라 부품 내의 수분. 이러한 경우에는 파란색 HIC도 의심스럽습니다.

산화의 절충점: 굽기 또는 굽지 않기?

핑크 HIC나 깨진 씰을 통해 젖은 부품을 식별하면 즉각적인 반응은 “그냥 구우라”는 것입니다. 대부분의 생산 관리자들은 125°C 구이를 좋아합니다. 빠르기 때문입니다. J-STD-033D 조회표에 따르면, 이 온도에서 표준 두께 패키지를 24~48시간 내에 건조할 수 있습니다. 주말 간격에 맞습니다: 금요일에 릴을 넣고 월요일 아침이면 장착할 준비가 됩니다.

하지만 이 속도에는 심각한 숨겨진 비용이 따릅니다: 산화입니다.

전자 제조는 두 적, 즉 수분과 산화물과의 끊임없는 전쟁입니다. 125°C에서 굽는 것은 수분과 싸우지만 산화를 적극적으로 촉진합니다. 부품에 OSP(유기 솔더 가능성 보존제) 마감이 있다면, 고온 구이는 그 보호 코팅을 파괴합니다. 유기층이 분해되어 구리 부분이 뜨거운 공기에 노출됩니다. 부품을 꺼낼 때는 리드나 패드가 육안으로는 멀쩡해 보여도 두꺼운 산화층이 형성되어 있을 수 있습니다.

이 산화된 부품이 SMT 라인에 들어가면 솔더 페이스트의 플럭스가 그 산화 장벽을 뚫기 어려워집니다. 젖음 문제, BGA의 헤드 인 필로우 결함, 또는 낙하 시험에서 실패하는 약한 솔더 조인트가 발생할 수 있습니다. 본질적으로 수분 결함(팝코닝)을 솔더 가능성 결함(비젖음)으로 바꾼 셈입니다. 주석/납 또는 순수 주석 마감 부품의 경우 위험은 낮지만, 특히 미세 피치 부품에서는 금속간 화합물 성장으로 인해 조인트 신뢰성이 저하될 수 있어 여전히 존재합니다.

민감한 마감 처리가 된 젖은 부품을 복구하는 유일하게 기술적으로 타당한 방법은 “저온 구이”입니다. 보통 40°C에서 상대 습도(RH) 5% 미만을 의미합니다. 매우 느립니다. 시간 단위가 아니라 주 단위로 구이 시간이 측정되며, 두꺼운 패키지의 경우 최대 79일까지 걸릴 수 있습니다(표준의 표 4-1에서 두께 대 MSL 변수의 복잡한 배열을 참조하십시오).

하지만 40°C는 부드럽습니다. 산화를 일으키는 화학 반응을 가속하지 않고 수분 분자를 제거하여 리드의 솔더 가능성을 보존합니다. 비싼 실리콘이나 교체하기 어려운 빈티지 부품을 다룰 때 인내심만이 유일한 엔지니어링 제어 수단입니다.

플로어 라이프와 “리셋” 신화

부품이 건조되어 현장에 놓이면 시간이 흐르기 시작합니다. 이것이 “플로어 라이프”이며, 부품의 수분 민감도 수준(MSL)에 의해 정의된 허용 노출 시간입니다. MSL 3 부품은 168시간을 제공합니다. MSL 5a 부품은 단 24시간만 제공합니다.

많은 생산 라인에서 이 시계를 몇 시간 동안 건조 캐비닛에 다시 넣으면 “리셋”할 수 있다는 지속적인 신화가 있습니다. 이는 잘못된 정보입니다. 건조 캐비닛(부품을 5% 미만 또는 10% 미만 RH로 유지)은 단지 시계를 멈출 뿐 시계를 되감지 않습니다. MSL 5a 부품이 10시간 동안 노출된 후 밤새 건조 박스에 넣으면 다음 날 아침 꺼낼 때 여전히 10시간의 누적 노출 시간이 있습니다. 0으로 돌아가지 않습니다.

실제로 플로어 라이프를 0으로 재설정하려면 표준에 따라 부품을 베이킹해야 합니다. 그리고 방금 확인했듯이, 베이킹은 부품의 솔더링 가능 예산을 소모하는 파괴적인 과정입니다. 부품을 무한정 베이킹할 수는 없으며, 보통 리드가 너무 손상되어 신뢰성 있게 납땜할 수 없게 되기 전에 한 번의 기회만 주어집니다.

이것은 고혼합 환경에서 종종 결여되는 수준의 공정 규율을 요구합니다. 작업자는 출입 시간을 매우 정확하게 기록해야 합니다. 누군가가 건조 타워에 다시 스캔하는 것을 잊어 주말 동안 릴이 피더 카트에 남아 있었다면, 습도가 낮았다고 “추측”할 수 없습니다. 최악의 시나리오를 가정해야 합니다. 조명이 꺼진 동안 시설 습도가 60% RH로 급증했다면, 해당 부품들은 이제 의심 대상입니다.

경계의 비용

엄격한 습도 관리 라인을 구현하는 것—HIC를 제대로 검사하고, “라벤더” 점을 거부하며, 민감한 마감재에 대해 저온 베이킹을 고집하는 것—은 인기를 잃게 만듭니다. 수령이 느려지고, 부품이 40°C 오븐에 한 달 동안 머무르는 동안 생산이 지연됩니다.

하지만 대안을 고려해 보십시오. BGA에서 발생하는 단일 습기 유발 박리 현상은 보드가 완전히 조립되고 전원이 켜질 때까지 종종 감지되지 않습니다. 더 나쁘게는, 공장 테스트를 통과하고 고객 손에 넘어간 후 열 사이클링이 미세 균열을 확산시켜 고장 납니다. 완전히 조립된 PCBA를 폐기하거나 현장 리콜을 처리하는 비용은 건조 캐비닛이나 일정 지연 비용보다 훨씬 큽니다. MSL 관리에서 과도한 경계심은 결함이 아니라 수율을 위한 필수 조건입니다.