De Fysica van een Gedeeltelijke Spoel: Waarom We Dichtmaken voor We Slapen

In elektronica productie is het meest gevaarlijke onderdeel vaak degene die al gebruikt is. Een volle, vacuüm-verzegelde rol afkomstig van een distributeur als Digi-Key of Mouser is een bekende, veilige hoeveelheid. Maar op het moment dat die sluiting breekt en de rol een voeder raakt, begint er een klok te tikken. Wanneer de lopende productie is voltooid en er een gedeeltelijke rol overblijft, bepaalt hoe je dat resterende inventory behandelt of de volgende productieronde functionerende printborden oplevert of dure sloop.

Het gaat niet om netheid in het magazijn; het is thermodynamica.

Wanneer een vochtgevoelig apparaat—zoals een BGA of een QFN—blootgesteld is aan de omgevingslucht van een productievloer, begint zijn hygroscopische epoxy encapsulant waterdamp te absorberen. Het werkt als een spons. Als dat onderdeel later op een bord wordt geplaatst en door een reflow-oven wordt gestuurd, stijgt de temperatuur binnen enkele seconden naar 240°C of 260°C. Het vastgehouden water in de plastic verpakking wordt niet alleen heet; het ontploft in superverhit stoom. Aangezien water ongeveer 1.600 keer in volume uitzet wanneer het in stoom verandert, wordt de druk binnen dat kleine onderdeel explosief. Het resultaat is “popcorning”—interne micro-cracks, delaminatie van de chip van de leidingset, en defecten in de bonddraad. Je kunt deze schade vaak niet zien met het blote oog, maar de print zal falen.

De enige verdediging tegen deze fysica is een rigide, bijna paranoïde afdichtingsprotocol. De vochtbarrièretas (MBB) is niet alleen verpakkingsmateriaal—het is een tijdscapsule.

De Cumulatieve Klok

Een hardnekkige mythe achtervolgt veel werkvloeren: dat de “Floor Life” klok—de toegestane blootstellingsduur zoals gedefinieerd door J-STD-033—reset wanneer een onderdeel terug in een zak wordt gedaan. Dat is gevaarlijk wensdenken. De klok wordt niet gereset; hij pauzeert slechts. Als een MSL Level 3 onderdeel een Floor Life van 168 uur heeft en 24 uur op een voeder ligt, heeft het nog 144 uur over. Als het voor een week in een loszak met een zwakke sluiting wordt gegooid, blijft diffusie doorgaan, zij het langzamer. Wanneer het weer wordt gehaald voor de volgende klus, kan het al dode voorraad zijn.

Deze realiteit bepaalt hoe we omgaan met gedeeltelijke rollen direct nadat ze van de pick-and-place-machine komen. De kloof tussen “Einde Van Goed” en “Vacuum Seal” is de meest kritieke variabele in voorraadbehoud. In een omgeving met hoge luchtvochtigheid—denk aan een Midwest-zomer waar de werkvloer 60% RH bereikt ondanks dat de HVAC het bijna niet meer doet—gebeurt vochtinfiltratie snel. Een rol met waardevolle FPGAs die op een kar ligt “om later te verpakken” is in feite beslissen om de onderdelen opzettelijk te degraderen. Het protocol moet direct zijn: de rol wordt van de machine gehaald, de leader wordt gezekerd, en het gaat rechtstreeks naar de sealstation.

Deze strengheid verwart klanten die hun eigen materialen aanleveren vaak. Wanneer wij een consignatiekit ontvangen, moeten we vaak de oorspronkelijke seals van de klant breken om aantallen te verifiëren of voeders te laden. Zodra dat gebeurt, nemen wij het vochtigheidsrisico over. We kunnen de zak niet simpelweg dichtplakken en hopen op het beste, noch kunnen we vertrouwen op de oorspronkelijke verpakking van de klant als die is aangetast. We herseal alles volgens onze interne MSL-protocollen, ongeacht hoe het is gearriveerd. Als het onderdeel geopend is, tikt de klok, en wij zijn verantwoordelijk voor het pauzeren ervan.

Standaard diffusiesnelheden gaan uit van een specifieke omgevingsomgeving, meestal 30°C / 60% RH. Terwijl een rol in een droog Arizona-gebouw minder vocht opneemt dan een in Ohio, is vertrouwen op de omgeving geen proces. Het protocol moet uitgaan van het slechtst mogelijke scenario om veiligheid te garanderen. Als de vacuümverzegeling niet strak genoeg is om de omtrek van de tandrihrefholes door de zak te laten zien, is het geen sluiting. Het is gewoon een losse omhulsel, en de klok blijft tikken.

De Leugen van het Hergebruikte Desiccant

Het meest voorkomende falingspunt bij opslag van gedeeltelijke rollen is niet de zak zelf, maar de chemie binnen in. Kostengevoelige operaties hebben de neiging om het desiccant-pakket dat met de originele rol kwam opnieuw te gebruiken. De operator haalt de rol eruit, gooit het pakket op de werkbank, voert de klus uit, en gooit datzelfde pakket weer terug bij de gedeeltelijke rol.

Dat pakket is waarschijnlijk overleden.

Absorptiemiddel, of het nu silicagel of montmorillonen klei is, heeft een finite capaciteit om vocht te adsorberen. Zodra het verzadigd is, stopt het met werken. Het wordt inert. Het plaatsen van een verzadigd droogmiddelzakje in een afgesloten tas is als het in een zak stoppen van een steen; het biedt geen bescherming. In feite, als dat zakje de hele dag vocht uit een vochtige fabriekvloer zou absorberen, en het in de zak met de onderdelen zou afsluiten, kan dat eigenlijk vocht vastzetten. in, waardoor er een lokaal vochtige omgeving ontstaat naast de gevoelige componenten.

We gebruiken een eenvoudige “roketest” voor klei droogmiddelen, maar de enige echte verificatie is de Humidity Indicator Card (HIC). Elk gedeeltelijk reel dat we sluiten krijgt een gloednieuw, vers droogmiddelzakje en een verse HIC. We hergebruiken ze niet. De kosten van een 4-eenheid droogmiddelpakket van een gerenommeerde leverancier zoals Clariant worden in centen gemeten. De kosten van het opnieuw bewerken van een bord met een delaminatie van de $500 IC is enorm. Veertig cent besparen om een productie van veertigduizend dollar risico te lopen, is misleiding.

Af en toe vragen faciliteitsmanagers of ze gewoon stikstofdroge kasten kunnen gebruiken in plaats van vacuümverzegeling. Droge kasten zijn uitstekend voor Work In Progress (WIP)—onderdelen die binnen 48 uur opnieuw worden gebruikt. Maar je kunt geen droge kast verzenden, en je kunt het niet zes maanden op een magazijnplank stapelen. Voor langetermijnopslag van onderdelen is de vacuümzak de enige haalbare oplossing.

Wanneer een reel maanden later uit de voorraad wordt gehaald, is de HIC de bron van de waarheid. Het is het enige eerlijke ding in het magazijn. Als de plek van 10% van blauw naar roze is veranderd, is de afdichting mislukt. De onderdelen worden verdacht. Geen enkele discussie over logboeken of afdichtingsdata override de scheikunde van de kaart.

De Bakfout

Het “Red Team” argument—dat we horen van junior technici en planning-gedreven managers—is simpel: “Waarom je druk maken over zakken? Als de onderdelen nat worden, kunnen we ze gewoon bakken.”

Dit is een fundamenteel misverstand over elektronica-productie. Bakken is geen standaard processtap; het is een reddingsactie voor een storing die al heeft plaatsgevonden. En zoals de meeste reddingsacties, brengt het collateral damage met zich mee.

Om vocht uit een kunststof verpakking te drijven, moet je het verhitten. Standaard bakprofielen vragen vaak om 125°C gedurende 24 uur, of lagere temperaturen voor veel langere duur. Hoewel dit water verwijdert, versnelt het ook de groei van intermetallische lagen tussen het koperen leidingsframe en de tin/lood- of goudlaag. Het bevordert oxidatie op de terminatieoppervlakken.

Wanneer je dat gebakken onderdeel neemt en probeert te solderen, vind je vaak dat de leads zodanig geoxideerd zijn dat de soldeerpasta niet meer wil hechten. Je hebt een vochtprobleem ingeruild voor een solderability-probleem. Je krijgt misschien geen popcorn, maar wel open verbindingen, head-in-pillow defecten, of zwakke wetting die in het veld faalt. We zien dit specifiek bij QFNs en andere bottom-terminated componenten waar de verbinding puur chemisch is.

Om deze reden bespreken we bakken niet als een “Plan B” voor voorraad. We zien bakken als een ultieme maatregel voor onderdelen die verkeerd zijn behandeld, meestal afkomstig van de grijze markt. Voor onze eigen delen is het doel om ze nooit de binnenkant van een oven te laten zien voordat ze op de pcb voor reflow staan. Ik zal hier geen bakprofielen opsommen omdat ik niet wil dat ze worden aangemoedigd. Het proces vertrouwt op preventie, niet op remedie.

De Fysica van Winst

Uiteindelijk gaat de discipline van het verzegelen van gedeeltelijke reels over het beschermen van de opbrengstpercentage. Het is saai werk. Het vereist dat operators stoppen met wat ze doen, verse materialen ophalen en wachten tot de vacuümverzinker klaar is. Het voelt als stilstand.

Maar wanneer je kijkt naar de P&L van een productieproces, is die “stilstand” eigenlijk een verzekeringspremie. De kosten van het correct verzegelen van een reel zijn ongeveer één dollar in arbeid en materialen. De kosten van een enkele veldfailuur veroorzaakt door een microbarst in een vochtgevoelige component kunnen de marge voor de hele batch wegvagen. Natuurkunde geeft niks om je deadline, en geeft niks om je besparingen op plastic zakken. Het respecteert alleen de barrière.