Физика частичного мотка: почему мы запечатываем его перед сном

В производстве электроники самый опасный компонент — тот, который уже был использован. Полная, вакуумная катушка, прибывающая от дистрибьютора вроде Digi-Key или Mouser, — это известное, безопасное количество. Но как только этот герметичный контейнер ломается и катушка попадает в питатель, начинает таймер. Когда закончится серия, и останется частичная катушка, то, как вы с ней обращаетесь, определит, получат ли следующая партия функциональные платы или дорогой лом.

Это не о порядке на складе; это термодинамика.

Когда устройство, чувствительное к влаге — скажем, BGA или QFN — находится под воздействием атмосферного воздуха на производственном цехе, его гигроскопичный эпоксидный инкапсулянт начинает поглощать водяной пар. Он действует как губка. Если этот компонент позже разместить на плате и пропустить через переплавочный печь, температура за секунды поднимается до 240°C или 260°C. Захваченная внутри пластиковой упаковки вода не просто нагревается; она превращается в сверх нагретый пар. Поскольку вода расширяется примерно в 1600 раз при превращении в пар, внутри этого маленького компонента давление становится взрывоопасным. В результате появляются внутренние микротрещины, отслоение кристалла от литьевой рамки и сбои соединительных проводов. Вы часто не можете увидеть этот ущерб невооруженным глазом, но плата выйдет из строя.

Единственная защита от этой физики — строгий, почти параноидальный протокол герметизации. Барьерная упаковка от влаги (MBB) — это не просто упаковка — это капсула времени.

Совокупные часы

Некоторые мифы преследуют многие производственные цеха: что часы «жизни на полу» — допустимое время воздействия, определенное J-STD-033 — сбрасываются в момент, когда деталь возвращается в мешок. Это опасная иллюзия. Часы не сбрасываются; они просто приостанавливаются. Если компонент уровня MSL 3 имеет срок службы на полу 168 часов и находится на питателе в течение 24 часов, у него остается 144 часа. Если его положить в свободный пакет с слабой герметизацией на неделю, диффузия продолжается, хотя и медленнее. Когда его извлекут для следующей работы, он может уже быть устаревшим товаром.

Эта реальность диктует, как мы обращаемся с частичными катушками сразу после их снятия с машины для монтажа. Разрыв между «Конец серии» и «Вакуумная герметизация» — самый важный фактор для сохранения запасов. В среде с высоким уровнем влажности — например, в летние месяцы в Среднем Западе, когда влажность достигает 60% несмотря на работу системы вентиляции — проникновение влаги происходит быстро. Оставить катушку с ценными FPGA на тележке «для дальнейшей упаковки» — это по сути решение намеренно ухудшить качество деталей. Необходимо действовать немедленно: катушку снимают с машины, фиксируют лид-элемент и сразу отправляют на герметизацию.

Эта строгость часто вызывает путаницу у клиентов, поставляющих собственные материалы. Когда мы получаем переданный комплект, нам зачастую приходится вскрывать оригинальные запечатывания клиента для проверки количества или загрузки питателей. После этого мы несем риск влаги. Мы не можем просто закрыть пакет клейкой лентой и надеяться на лучшее, а также не можем полагаться на оригинальную упаковку клиента, если она была нарушена. Мы повторно запечатываем все в соответствии с нашими внутренними протоколами MSL, независимо от способа его доставки. Если деталь открыта, время идет, и мы несем ответственность за его приостановку.

Стандартные скорости диффузии предполагают определенную окружающую среду, обычно 30°C и 60% RH. Хотя катушка, хранящаяся в очень сухом аризонском цехе, поглощает влагу медленнее, чем в Огайо, полагаться на случайный окружающий фактор — не метод. Протокол должен предусматривать худший сценарий, чтобы гарантировать безопасность. Если вакуумная герметизация не достаточно плотная, чтобы показать контуры дырок для зубьев через мешок, это не герметизация. Это просто свободный обертка, и таймер все еще идет.

Ложь повторно используемого осушителя

Самое распространенное место неудачи хранения частичной катушки — это не сама сумка, а химический состав внутри нее. Экономичные операции склонны к повторному использованию пакета осушителя, который шел вместе с изначальной катушкой. Оператор вытаскивает катушку, бросает пакет на скамейку, выполняет работу, а затем снова кладет тот же пакет в катушку.

Вероятно, этот пакет мертв.

Десикант, будь то силикагель или глина монтмориллонита, имеет ограниченную способность поглощать влажность. Как только он достигает насыщения, он перестает работать. Он становится инертной массой. Помещение насыщенного пакета с десиктантом в запечатанный мешок — всё равно что положить в мешок камень; он обеспечивает нулевую защиту. На самом деле, если этот пакет впитал влагу с влажного производственного пола весь день, запечатывание его внутри мешка вместе с деталями фактически может запереть влагу. в, создавая локально влажную среду прямо рядом с чувствительными компонентами.

У нас есть простой "тест на камень" для глиноземных десикантов, но единственное настоящее подтверждение — это Карта Индикатора Влажности (HIC). Каждый частичный рулон, который мы запечатываем, получает свежий пакет с десиктантом и свежий HIC. Мы их не повторно используем. Стоимость набора из 4-х единиц десикканта у уважаемого поставщика вроде Clariant считается копейки. Стоимость переработки платы с деламинированным IC $500 огромна. Экономия сорока центов при риске производства на сорок тысяч долларов — ложная экономия.

Иногда менеджеры предприятий спрашивают, можно ли использовать просто сухие камеры с азотом вместо вакуумной упаковки. Сухие камеры отлично подходят для работы в процессе (WIP)—деталей, которые будут использоваться снова в течение 48 часов. Но вы не можете отправить сухую камеру, и нельзя сложить её на полке склада на шесть месяцев. Для длительного хранения частичных блоков единственное жизнеспособное решение — вакуумный пакет.

Когда рулон извлекается из склада через несколько месяцев, HIC является источником истины. Это единственное честное свидетельство на складе. Если точка 10% изменилась с синего на розовый, запечатка не держит. Детали вызывают подозрения. Никакие обсуждения логов или дат запечатывания не превосходят химию карты.

Ошибки выпечки

Аргумент «Красной команды» — тот, который мы слышим как от младших техников, так и от менеджеров, под давлением графика: «Зачем беспокоиться о мешках? Если детали намокнут, мы можем просто их испечь».

Это фундаментальное недоразумение в производстве электроники. Испекание — не стандартный этап процесса, а спасательная операция для уже произошедшего сбоя. И, как большинство спасательных операций, она сопровождается сопутствующим ущербом.

Чтобы вывести влагу из пластикового корпуса, его нужно нагреть. Стандартные профили выпекания часто предполагают 125°C в течение 24 часов, или ниже температуры на более длительный срок. Хотя это и удаляет воду, это также ускоряет рост интерметаллидных слоев между медной рамкой и оловянно-свинцовым или золотым покрытием. Это способствует окислению на поверхностях окончания.

Когда вы берете этот запеченный компонент и пытаетесь его паять, вы часто обнаруживаете, что выводы окислились до такой степени, что паяльная паста не смачивает их. Вы обменяли проблему влаги на проблему пайки. У вас могут не появиться взрывы пены, но образование открытых соединений, дефекты типа «голова в подушку» или слабое смачивание, не выдерживающее проверку в полевых условиях. Мы особенно наблюдаем это у QFN и других компонентов с нижним завершением, где соединение полностью химическое.

По этой причине мы не рассматриваем запекание как «План Б» для запасов. Мы рассматриваем запекание как последнее средство для деталей, которые были неправильно обращены, обычно из серого рынка. Для наших собственных частей целью является никогда не допускать их попадания внутрь печи до момента монтажа на плату для повторного переплава. Я не буду перечислять профили запекания здесь, потому что не хочу поощрять их использование. Процесс основан на профилактике, а не на исправлении.

Физика прибыли

В конечном итоге, дисциплина герметизации частичных рулонов связана с защитой показателя выхода. Это утомительная работа. Она требует, чтобы операторы прекратили текущие действия, нашли новые материалы и дождались окончания цикла вакуумного запаивания. Это ощущается как простои.

Но когда вы смотрите на прибыль и убытки производственной линии, этот «простой» фактически является страховой премией. Стоимость правильного герметичного запаивания рулона примерно один доллар за работу и материалы. Стоимость одного схода с линии из-за микротрещины в чувствительном к влаге компоненте может уничтожить прибыль всей партии. Физика не заботится о вашем дедлайне и не заботится о ваших сбережениях на пластиковых мешках. Она уважает только барьер.