Fizyka częściowego reel: Dlaczego zakręcamy, zanim zaśniemy

W produkcji elektronicznej najniebezpieczniejszym komponentem jest często ten, który już został użyty. Pełny, uszczelniony próżniowo taśma przybywająca od dystrybutora, takiego jak Digi-Key lub Mouser, jest znaną, bezpieczną ilością. Ale w momencie, gdy to uszczelnienie zostanie zerwane i taśma trafi do podajnika, zaczyna odmierzać się czas. Kiedy kończy się produkcja i pozostaje część taśmy, to jak z nią postąpisz, decyduje, czy kolejna seria produkcyjna wyprodukuje funkcjonalne płyty, czy drogi odpad.

To nie chodzi o porządek w magazynie, to termodynamika.

Gdy wilgotnościowo wrażliwy element — np. BGA lub QFN — jest wystawiony na działanie otaczającego powietrza w hali produkcyjnej, jego hygroskopiczna epoksydowa osłona zaczyna pochłaniać parę wodną. Działa jak gąbka. Jeśli ten element zostanie później umieszczony na płytce i przejdzie przez piec reflow, temperatura skoczy do 240°C lub 260°C w sekundę. Uwięziona w plastikowym opakowaniu woda nie tylko się nagrzewa, ale również błyskawicznie zamienia się w supernagrzaną parę. Ponieważ woda zwiększa swoją objętość około 1600 razy, kiedy zamienia się w parę, ciśnienie w tym małym elemencie staje się wybuchowe. Efektem jest „popcorning” — mikrocracki wewnątrz, delaminacja układu od ramki, awarie drutów łączących. Często nie widać tego uszkodzenia gołym okiem, ale płyta się zawiedzie.

Jedyną obroną przed fizyką jest rygorystyczny, niemal paranoiczny protokół uszczelniania. Torba barierowa na wilgoć (MBB) to nie tylko opakowanie — to kapsuła czasowa.

Zsumowany zegar

Uparli mit nawiedzający wiele linii produkcyjnych: że zegar „Czas na podłodze” — dopuszczalny czas ekspozycji określony przez J-STD-033 — resetuje się w chwili, gdy część zostanie z powrotem wrzucona do torby. To niebezpieczne życzeniowe myślenie. Zegar się nie resetuje; tylko się zatrzymuje. Jeśli element MSL poziomu 3 ma 168 godzin na żywotność przy podłodze i siedzi na podajniku przez 24 godziny, to pozostaje mu 144 godziny. Jeśli wrzuci się go do luźnej torby z słabym uszczelnieniem na tydzień, dyfuzja będzie trwała nadal, choć wolniej. Kiedy zostanie wyjęty na następne zadanie, może już być martwą partią.

Ta rzeczywistość dyktuje, jak obsługujemy częściowe taśmy zaraz po ich zdjęciu z maszyny pick-and-place. Przerwa między „Koniec produkcji” a „Szczelne uszczelnienie” jest najważniejszą zmienną w zachowaniu zapasów. W środowisku o wysokiej wilgotności — wyobraź sobie lato w Midwest, kiedy temperatura w hali produkcyjnej sięga 60% RH pomimo walki klimatyzacji o byt — infiltracja wilgoci zachodzi szybko. Pozostawienie taśmy z wysokowartościowymi FPGA na wózku „do pakowania później” to w zasadzie celowe pogarszanie jakości części. Protokół musi być natychmiastowy: taśma schodzi z maszyny, przewodnik jest zabezpieczony i trafia bezpośrednio do stacji uszczelniania.

Ta surowa procedura często myli klientów, którzy dostarczają własne materiały. Gdy otrzymujemy zleconą partię, często musimy złamać oryginalne plomby klienta, aby zweryfikować ilości lub załadować podajniki. Gdy to się stanie, przejmujemy ryzyko wilgoci. Nie możemy po prostu zakleić torby taśmą i mieć nadzieję na najlepsze, ani polegać na oryginalnym opakowaniu klienta, jeśli zostało naruszone. Ponownie uszczelniamy wszystko zgodnie z naszymi wewnętrznymi protokołami MSL, niezależnie od tego, jak to dotarło. Jeśli część jest otwarta, zegar tyka, i to od nas zależy, czy go zatrzymamy.

Standardowe tempo dyfuzji zakłada określone środowisko otoczenia, zazwyczaj 30°C/60% RH. Chociaż taśma w suchym obiekcie w Arizonie absorbuje wilgoć wolniej niż w Ohio, poleganie na szczęściu w otoczeniu nie jest procesem. Protokół musi zakładać najgorszy scenariusz, aby zapewnić bezpieczeństwo. Jeśli uszczelnienie próżniowe nie jest na tyle szczelne, aby przez torbę pokazać zarys otworów zębatego koła, to nie jest to uszczelnienie. To tylko luźna owijki, a zegar nadal tyka.

Kłamstwo ponownie używanego osuszacza

Najczęściej występującym punktem awarii w przechowywaniu częściowych taśm nie jest sama torba, lecz chemia wewnątrz niej. Operacje oszczędne pod względem kosztów mają tendencję do ponownego używania saszetki osuszacza, która pochodziła z oryginalnej taśmy. Operator wyjmuje taśmę, rzuca saszetkę na blat, wykonuje zadanie i potem wrzuca tę samą saszetkę z powrotem do częściowej taśmy.

Ta saszetka jest prawdopodobnie martwa.

Odsuszacz, czy to gel krzemowy, czy glina montmorillonitowa, ma ograniczoną pojemność adsorpcji wilgoci. Kiedy osiągnie nasycenie, przestaje działać. Staje się inertną masą. Umieszczenie nasyconego woreczka z odsuszaczem w szczelnej torbie jest jak wrzucenie kamienia do torby; nie zapewnia żadnej ochrony. W rzeczywistości, jeśli ten woreczek wchłonął wilgoć z wilgotnej podłogi fabrycznej przez cały dzień, zamknięcie go w torbie razem z częściami może faktycznie zatrzymać wilgoć. w, tworząc lokalne wilgotne środowisko tuż obok wrażliwych komponentów.

Stosujemy prosty test „rock” dla odsuszaczy z gliny, ale jedyną prawdziwą weryfikacją jest Karta Wskaźnika Wilgotności (HIC). Każde półbębnowe opakowanie, które zamykamy, dostaje nowy, świeży woreczek z odsuszaczem i nowy HIC. Nie używamy ich ponownie. Koszt pakietu odsuszaczy 4-w-1 od renomowanego dostawcy, takiego jak Clariant, jest liczony w groszach. Koszt poprawy płytki z rozwarstwionym układem IC $500 jest ogromny. Zaoszczędzenie czterdziestu centów na ryzyko produkcji za czterdzieści tysięcy dolarów to fałszywa ekonomia.

Od czasu do czasu menedżerowie zakładów pytają, czy mogą zamiast podciśnieniowego pakowania używać suchych szaf z azotem. Szafy suche są doskonałe do pracy w toku (WIP)—części, które będą ponownie używane w ciągu 48 godzin. Ale nie można wysłać suchej szafy, i nie można jej ustawiać na półce magazynowej na sześć miesięcy. Dla długoterminowego przechowywania części, jedynym realnym rozwiązaniem jest worek próżniowy.

Kiedy rolka jest wyciągana z magazynu po miesiącach, źródłem prawdy jest HIC. To jedyna uczciwa rzecz w magazynie. Jeśli plamka 10% zmieniła kolor z niebieskiego na różowy, uszczelka się nie zadziałała. Części są podejrzane. Żadne dyskusje o dziennikach czy datach uszczelki nie zastąpi chemii karty.

Błędne przekonanie o pieczeniu

Argument „Czerwonego Zespołu”—który słyszymy zarówno od młodszych techników, jak i menedżerów pod presją harmonogramu—is prosty: „Po co martwić się o torby? Jeśli części zmokną, po prostu je wypiekniemy.”

To fundamentalne nieporozumienie związane z produkcją elektroniki. Wypiekanie nie jest standardowym krokiem procesu; to misja ratunkowa dla awarii, która już się zdarzyła. I jak większość misji ratunkowych, wiąże się z szkodliwymi skutkami ubocznymi.

Aby wyprać wilgoć z plastikowego opakowania, trzeba je podgrzać. Standardowe profile wypiekania często zakładają 125°C przez 24 godziny lub niższe temperatury przez znacznie dłuższy czas. Choć to usuwa wodę, przyspiesza też rozwój warstw międzymetalicznych między miedzianym ramieniem a powłoką cynkową/lustrzaną lub złotą. sprzyja to utlenianiu powierzchni zakończeń.

Kiedy próbujesz zlutować wypieczony element, często okazuje się, że przewody uległy utlenieniu do tego stopnia, że pasty do lutowania nie można rozprowadzić. Zamieniłeś problem wilgoci na problem z lutownością. Niekoniecznie pojawi się efekt popcornowania, ale mogą wystąpić otwarte połączenia, wady typu ‚head-in-pillow’ lub słabe zwilżanie, które zawiedzie na polu. Zjawisko to szczególnie widzimy na elementach QFN i innych komponentach z tyłu, gdzie połączenie jest wyłącznie chemiczne.

Z tego powodu nie rozmawiamy o wypieku jako o„Planie B” dla zapasów. Postrzegamy wypiek jako ostateczność dla części, które zostały źle obsłużone, zwykle z źródeł rynku szarego. Dla naszych własnych części celem jest nigdy nie dopuścić, aby trafiły do piekarnika, dopóki nie będą na płycie do reflow. Nie wymieniam profili wypiekania tutaj, ponieważ nie chcę ich zachęcać do użycia. Ten proces opiera się na zapobieganiu, a nie na naprawie.

Fizyka zysku

Ostatecznie, dyscyplina uszczelniania półbębnowych rolek polega na ochronie wskaźnika wydajności. To żmudna praca. Wymaga od operatorów przerwania tego, co robią, pobrania świełych materiałów i oczekiwania na cykl worka próżniowego. To przypomina czas przestoju.

Ale patrząc na P&L linii produkcyjnej, ten „czas przestoju” jest w rzeczywistości premią ubezpieczeniową. Koszt poprawnego uszczelnienia rolki to około jeden dolar pracy i materiałów. Koszt pojedynczego błędu w polu spowodowanego mikro-spękaniem w wrażliwym na wilgoć komponencie może zniwelować marżę całej partii. Fizyka nie interesuje się terminem końcowym, i nie przejmuje się oszczędnościami na plastikowych torbach. Szanuje tylko barierę.