COMPONENTES SENSIBLES A LA HUMEDAD MSD
El tema de los componentes sensibles a la humedad es bastante tedioso, pero sin embargo de gran importancia y a menudo poco comprendido. El aumento en el consumo de componentes sensibles a la humedad tales como dispositivos de paso fino y arreglos de matriz de bolas (BGA, por sus iniciales en inglés) ha incrementado la atención sobre el mecanismo de estos defectos.
Si los componentes son sometidos a altas temperaturas durante la soldadura por reflujo, la humedad presente en la superficie plástica de los elementos de SMT produce suficiente presión de vapor para dañar o destruir el elemento. Entre las causas usuales de error se encuentran: separación interna (desprendimiento) del plástico del molde o del marco de alambre, deterioro del empalme del alambre, daño del molde y rupturas internas, las cuales no se manifiestan en la superficie. En casos extremos las grietas llegan hasta la superficie, y en los peores casos llegan a romper el componente (denominado efecto "popcorn").
La IPC — Association Connecting Electronic Industries creó y publicó la norma IPC-M-109, Estándares y manual directrices para componentes sensibles a la humedad.
Comprende los siguientes siete documentos:
·IPC/JEDEC J-STD-020, Clasificación en cuanto a sensibilidad a la humedad/reflujo para SMD de circuitos integrados (CI) en plástico
·IPC/JEDEC J-STD-033, Estándar para el manejo, empacado, despacho y utilización de SMD sensibles a la humedad / reflujo
·IPC/JEDEC J-STD-035, Microscopia acústica para componentes electrónicos encapsulados en forma no hermética
·IPC-9501, Simulación del proceso de ensamblado de placas de alambrado impreso para evaluación de componentes electrónicos (Acondicionamiento previo de componentes de CI)
·IPC-9502, Directriz sobre el proceso de soldadura en el ensamblaje de PWB para componentes electrónicos
·IPC-9503, Clasificación de sensibilidad a la humedad para componentes que no son circuitos integrados (CI)
·IPC-9504, Simulación del proceso de ensamblado para evaluación de componentes que no son CI (Acondicionamiento previo de componentes que no son CI).
El documento inicial para componentes sensibles a la humedad, IPC-SM-786, Procedimientos para descripción y manejo de circuitos integrados (CI) sensibles a la humedad/reflujo ya no es válido.
La IPC/JEDEC J-STD-020 define las características de clasificación para componentes sensibles a la humedad; esto es, contenedores no herméticos elaborados con materiales permeables a la humedad como, por ejemplo, plástico. El proceso incluye la exposición a temperaturas de soldadura por reflujo, seguida por una inspección visual detallada, control mediante microscopia acústica, seccionamiento transversal y pruebas eléctricas.
Los resultados de las pruebas se basan en la temperatura del contenedor del componente, ya que el molde plástico representa el mayor problema. La temperatura de soldadura normal está en el rango de 220°C +5°/-0°C, pero los experimentos de soldadura descubrieron que los componentes de pequeño volumen pueden alcanzar temperaturas tan altas como 235°C cuando se configura un perfil de temperatura para la placa para componentes de gran volumen. Cuando existe la posibilidad de una temperatura más elevada, como es el caso de una placa con componentes tanto de pequeño como de gran volumen, se recomienda una temperatura de reflujo de 235°C para la evaluación. Se puede utilizar equipo de reflujo de convección dominante, infrarrojo (IR) dominante o de fase de vapor, siempre que se logre el perfil de reflujo deseado de acuerdo con la J-STD-020.
Los ocho niveles de clasificación de humedad y períodos de almacenamiento se enumeran a continuación. Para los detalles relativos a los criterios del período de saturación, véase la J-STD-020.
·Clase 1 — Período de almacenamiento ilimitado a un máximo de 30 °C/85% de humedad relativa
·Clase 2 — Período de almacenamiento de un año a un máximo de 30 °C/60% de humedad relativa
·Clase 2a — Período de almacenamiento de cuatro semanas a un máximo de 30 °C/60% de humedad relativa
·Clase 3 — Período de almacenamiento de 168 horas a un máximo de 30 °C/60% de humedad relativa
·Clase 4 — Período de almacenamiento de 72 horas a un máximo de 30 °C/60% de humedad relativa
·Clase 5 — Período de almacenamiento de 48 horas a un máximo de 30 °C/60% de humedad relativa
·Clase 5a — Período de almacenamiento de 24 horas a un máximo de 30 °C/60% de humedad relativa
·Clase 6 — Período de almacenamiento correspondiente al tiempo marcado en el rótulo a un máximo de 30 °C/60% de humedad relativa
(Para la clase 6, los componentes deben secarse antes de la utilización y someterse a reflujo dentro del límite de tiempo especificado en el rótulo de advertencia de sensibilidad a la humedad).
El análisis de ganancia de peso (referencia J-STD-020) establece un tiempo de almacenamiento estimado, y el análisis de pérdida de peso establece el tiempo de secado necesario para remover del componente la humedad en exceso. La J-STD-033 contiene información detallada sobre las temperaturas y períodos de secado.
La IPC/JEDEC J-STD-033 aporta recomendaciones para el manejo, empacado, despacho y secado de componentes sensibles a la humedad. El énfasis está puesto en el empaquetado y en la prevención de la absorción de humedad.
— El secado en horno o con desencante sólo puede ser utilizado como un último recurso si el componente ha estado expuesto por largo tiempo a la humedad.
El empacado en seco involucra sellar los componentes sensibles a la humedad en bolsas con barrera antihumedad, con desecante, una tarjeta indicadora de humedad y rótulos de advertencia de sensibilidad a la humedad. Los rótulos contienen información relativa al período de almacenamiento a una temperatura y humedad específicas, la temperatura pico del contenedor (220° ó 235°C), el tiempo de exposición luego de la apertura de la bolsa, detalles sobre cuándo se requiere un secado en horno, el procedimiento de secado y la fecha del sellado de la bolsa.
Clase 1. El secado previo al empacado es opcional, el empacado y el desecante son opcionales y el rótulo sólo es necesario, si los componentes están clasificados para una temperatura de soldadura por reflujo de 235 °C.
Clase 2. El secado previo al empacado es opcional, el empacado y el desencante son necesarios, y el rótulo es necesario.
Clase 2a hasta 5a. El secado previo al empacado es necesario, el empacado y el desecante son necesarios, y el rótulo es necesario.
Clase 6. El secado previo al empacado es opcional, el empacado y el desecante son opcionales, y el rótulo es necesario.
El secado de los componentes se puede realizar de dos modos: Sentado con desecante o en horno. El secado a la temperatura ambiente, una opción para componentes que estuviesen expuestos por menos de ocho horas a condiciones que no excedan 30°C y 60 % de humedad relativa, requiere métodos estándar de empacado en seco o una caja seca capaz de mantener 25° ±5°C con menos de 10% de humedad relativa.
El secado en horno es algo más complicado que lo que la mayoría de la gente piensa. Existen recomendaciones para secado de componentes que ya están en el paquete seco y para componentes que todavía no están en paquete seco, según cada clase y grosor del paquete. El secado previo se utiliza para preparar componentes para empaque en seco, mientras que el secado posterior es utilizado para reacondicionar componentes luego de expirado el período de almacenamiento. Revise y obedezca las recomendaciones de la J-STD-033 para el período / temperatura del secado. Las temperaturas de secado pueden reducir la capacidad de soldadura de los alambres debido a la oxidación o causar excesiva expansión intermetálica. En ningún caso se pueden almacenar componentes en el horno a temperatura de secado. Hay que tener en cuenta que las bandejas para alta temperatura pueden secarse a 125°C, mientras que las bandejas para baja temperatura no pueden secarse a más de 40°C.
Las recomendaciones de IPC antes del secado y antes del empacado son como sigue:
Grosor del empaque máx. 1,4 mm: Para las clases 2a hasta 5a el período de secado está entre 8 y 28 horas a 125 °C o entre 4 y 14 horas a 150°C.
Grosor del empaque máx. 2,0 mm: Para las clases 2a hasta 5a el período de secado está entre 23 y 48 horas a 125 °C o entre 11 y 24 horas a 150°C.
Grosor del empaque máx. 4,0 mm: Para las clases 2a hasta 5a el período de secado es de 48 horas a 125 °C o de 24 horas a 150°C.
Grosor del empaque máx. 1,4 mm: Para las clases 2a hasta 5a el período de secado está entre 4 y 14 horas a 125 °C o entre 5 y 19 horas a 40 °C.
Grosor del empaque máx. 2,0 mm: Para las clases 2a hasta 5a el período de secado está entre 18 y 48 horas a 125 °C o entre 21 y 68 horas a 40 °C.
Grosor del empaque máx. 4,0 mm: Para las clases 2a hasta 5a el período de secado es de 48 horas a 125 °C o entre 67 y 68 días a 40 °C.
Evítese problemas con la sensibilidad a la humedad familiarizándose con el contenido de la IPC-M-109, Estándares y manual de directrices para componentes sensibles a la humedad.
Los envoltorios antihumedad deben indicar obligatoriamente el nivel, el ciclo de vida útil, la humedad de control una vez abiertos, etc.
