Cosa devi sapere sui dispositivi sensibili all'umidità (MSD)

Mentre i dispositivi continuano nella tendenza alla miniaturizzazione, emergono nuove minacce che impediscono ai produttori di archiviare quanto più possibile in pacchetti sempre più sottili. Tra questi, una minaccia regna sovrana: i danni causati dall'umidità. 

I dispositivi sensibili all'umidità, o MSD (Moisture Sensitive Devices), hanno una maggiore sensibilità all'umidità che può rendere i dispositivi inutilizzabili. Inoltre, man mano che i PCB diventano più piccoli, il problema diventa sempre più grande.

il formato più sottile non è l'unica minaccia alla suscettibilità all'umidità di un circuito stampato. Man mano che i produttori si allontanano dalla produzione a base di piombo, è necessario più calore per produrre circuiti stampati.

Per fortuna, è possibile adottare misure per ridurre le spese che possono essere sostenute con gli MSD, consentendo di ridurre al minimo i costi dei lotti rovinati e ridurre i rendimenti.

Come si verifica il danno da assorbimento dell'umidità e quali passi puoi intraprendere per eliminarlo? In questo blog, trattiamo tutto ciò che devi sapere sui dispositivi sensibili all'umidità.
 

CHE COS'È UN DISPOSITIVO SENSIBILE ALL'UMIDITÀ (MSD)?
I dispositivi sensibili all'umidità, o MSD, sono componenti confezionati all'interno di plastica che sono sensibili ai danni legati all'umidità atmosferica. A causa della natura permeabile di questo imballaggio, l'umidità entra per diffusione e si raccoglie alle interfacce tra diversi materiali. Ciò si traduce in una resa di produzione ridotta e difetti del prodotto che possono ostacolare in modo significativo i tuoi profitti.

La sensibilità all'umidità è un problema crescente grazie a fattori quali temperature di riflusso più elevate, riduzione dello spessore del corpo della confezione, maggiore utilizzo di plastica e produzione in luoghi ad alta umidità in tutto il mondo.

Attualmente esistono due standard per aiutare i produttori di elettronica a gestire le complessità della sensibilità all'umidità: IPC/JEDEC J-STD-020E e IPC/JEDEC J-STD-033D.

• IPC/JEDEC J-STD-020E – Questo standard offre un sistema di classificazione per determinare la qualifica di affidabilità iniziale. Dopo l'identificazione, i produttori possono imballare, conservare e manipolare i dispositivi per ridurre i danni termici e meccanici durante il processo di rifusione.
• IPC/JEDEC J-STD-033D – Questo standard fornisce una metodologia rivolta agli utenti finali per la manipolazione, l'imballaggio, la spedizione e l'applicazione di MSD, nonché procedure per aumentare la resa e limitare il degrado dell'affidabilità.

Questi standard classificano i livelli di sensibilità all'umidità, o MSL, su una scala da 1 a 6 a seconda della loro suscettibilità al danno indotto dall'umidità. I livelli più alti hanno la durata più breve, ovvero i dispositivi in ​​grado di resistere alla minor quantità di esposizione all'ambiente pur essendo sicuri di rifluire.

Non sorprende che il drammatico aumento dei danni causati dall'umidità sia direttamente correlato al fatto che la spinta a imballaggi più piccoli e stampi più grandi è aumentata notevolmente. I clienti cercano pacchetti più leggeri e i dispositivi più sottili sono per loro natura più sensibili all'umidità.

Ciò è stato influenzato anche dalla spinta verso le leghe senza piombo. Con l'implementazione della Restriction on Hazardous Substances (RoHS) nell'UE, è necessario il 15-25% in più di energia per produrre pannelli con rifusione senza piombo. L'aumento della temperatura ha portato a più danni e rese più pasticciate.

Secondo Assembly Mag, per ogni aumento di 10 gradi della temperatura, la classificazione MSL si degrada di un livello. Ciò significa che anche i componenti normalmente meno suscettibili ai danni hanno sempre più probabilità di avere problemi di assorbimento dell'umidità.
 

COME L'ASSORBIMENTO DELL'UMIDITÀ DANNEGGIA L'ELETTRONICA
Uno degli aspetti più preoccupanti dei danni ai prodotti legati all'umidità è che può essere difficile da rilevare durante il processo di assemblaggio e test del PCB. Tutti i componenti che sono rivestiti in plastica o composti organici sono suscettibili a questo tipo di danno.

Il danno da assorbimento di umidità si verifica in genere durante il processo di rifusione della saldatura. Una combinazione di rapida espansione dell'umidità e materiali non corrispondenti contribuiscono ai vari tipi di danni indotti dall'umidità. Gli array a griglia sferica e i pacchetti a scala di trucioli sono particolarmente sensibili ai danni causati dall'umidità.

I PCB a montaggio superficiale tendono ad assorbire l'umidità più rapidamente rispetto ai PCB a foro passante. Le schede a montaggio superficiale tendono ad essere più sottili, avendo quindi una minore resistenza alla frattura. Gli array a griglia sferica sono quelli colpiti più frequentemente, poiché l'umidità può portare alla deformazione dei componenti oltre ad altri tipi di danni.
 

Tipi di danni MSD

Peeling della superficie – Quando la pressione del vapore acqueo aumenta durante il processo di rifusione, può verificarsi un peeling della superficie tra la fustella e la resina. Ciò porta alla delaminazione a causa della sollecitazione dei fili di collegamento e del collo del filo.

Effetto Popcorn – Quando l'umidità all'interno della plastica è soggetta a vapore, lo stress aumenta e induce quello che viene definito "popcorning". Visivamente, questo apparirà come rigonfiamenti sulla superficie di un circuito stampato.

Microcracking – Quando la superficie di un circuito stampato si espande, piccole crepe possono estendersi all'esterno di un pacchetto. Questo può essere difficile da rilevare visivamente nei moduli sul lato inferiore, dove si verifica più spesso.
 

COME I PRODUTTORI STANNO AFFRONTANDO LA SENSIBILITÀ ALL'UMIDITÀ NELLA PRODUZIONE DI PCB
Attualmente, IPC/JEDEC J-STD-020E e IPC/JEDEC J-STD-033D offrono le migliori informazioni su come i produttori e gli utenti finali possono limitare i danni causati dall'umidità nei prodotti che fabbricano e spediscono. Per fortuna, esistono procedure aggiuntive che possono aiutare a garantire che i rendimenti rimangano intatti durante tutto il processo di produzione dei circuiti stampati. Questi riguardano in gran parte il mantenimento di apparecchiature sensibili asciutte e protette dall'ambiente.

Oggi giorno la miglior soluzione è cuocere i componenti e monitorarli attentamente per garantire che l'umidità sia controllata.
Per fare ciò gli Armadi Deumidificatori, intesi come “posti sicuri” permettono di stoccare temporaneamente i componenti MSD rimossi dal loro Dry Pack originale.

Un dry pack è un processo che utilizza i forni per rimuovere tutta l'umidità dalle confezioni. Quindi, devono essere Sigillati a caldo o Sottovuoto all'interno di sacchetti antistatici insieme a una scheda segnaletica di umidità che ne monitori l'umidità, nonché un essiccante che assorbirà l'umidità durante la manipolazione. L'umidità interna della borsa dovrebbe rimanere a meno del 10% a 25°C (77°F).

Qualsiasi esposizione all'umidità può richiedere una nuova cottura, che dovrebbe invertire l'umidità raccolta dal dispositivo.

Le scatole a secco possono essere utilizzate in alternativa ai sacchetti. Questi forniscono il controllo dell'umidità per periodi di tempo più lunghi e dovrebbero mantenere l'umidità a meno del 5%. Questo metodo può prevenire errori di gestione e sono controllati digitalmente. Per i casi più estremi, le cabine di azoto possono essere utilizzate per rimuovere l'ossigeno ed eliminare l'umidità, ma questo metodo è notevolmente più costoso.

Test per l'effetto popcorn
Come accennato in precedenza, testare gli MSD per i danni causati dall'umidità non è facile. Scanning Acoustic Microsopy (SAM) è uno degli attuali metodi disponibili per rilevare la delaminazione e il popcorn senza distruggere i dispositivi. Questo metodo di prova può identificare la delaminazione tra il telaio del piombo, la superficie dello stampo, la paletta, il dissipatore di calore, le crepe e l'incapsulamento in plastica.

Ulteriori suggerimenti per il controllo dell'umidità

• Ogni nuova cottura azzera il timer sulla quantità di umidità assorbita da un dispositivo.
• Sforzati di più per registrare la frequenza con cui un circuito stampato è esposto all'umidità.
• Cuocere un dispositivo troppo a lungo o a temperature troppo elevate può causare ossidazione quindi dovrebbe essere evitato.