Configurador de cámaras climáticas
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La humedad es uno de los factores climáticos más importantes a considerar al probar productos y materiales. El control de la humedad es crucial en la mayoría de las pruebas, pero algunas se centran en daños específicos relacionados con la humedad bajo condiciones particulares.
Este es el caso de la prueba de nivel de sensibilidad a la humedad o prueba MSL.
¿Qué se entiende por nivel de sensibilidad a la humedad?
El nivel de sensibilidad a la humedad se calcula mediante una escala de valores que va del 1 al 6, los cuales indican el nivel de sensibilidad a los daños causados por la absorción de humedad.
Sin embargo, no es una escala que se aplique a todos los daños causados por la humedad en todo tipo de productos y materiales.
En cambio, está diseñado para un tipo específico de producto, es decir, conductores y semiconductores, y calcula el daño causado por un proceso particular relacionado con la humedad.
Echemos un vistazo más de cerca.
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¿Para qué se utiliza la prueba de nivel de sensibilidad a la humedad?
Los semiconductores y los componentes electrónicos pueden absorber humedad en cantidades variables dependiendo de cómo estén construidos y cómo estén colocados dentro del dispositivo.
Cuando se libera la humedad atrapada en el interior del semiconductor , puede causar diversos daños, desde pequeñas grietas hasta explosiones totales del semiconductor, conocidas como el "efecto palomitas de maíz".
La prueba MSL se utiliza para determinar el grado de absorción de humedad de un componente bajo examen y, posteriormente, asignarle un valor que oscila entre 1 y 6 en la escala de sensibilidad.
Dependiendo de su valor, el componente necesitará fases periódicas de "horneado", es decir, cocción y deshumidificación, para garantizar un ciclo de vida más prolongado.
Pero ¿qué es hornear?
Dado que es parte de la prueba en sí, lo descubriremos en el siguiente párrafo.
Cómo funciona la prueba de sensibilidad a la humedad según J-STD-020
El procedimiento para la prueba del nivel de sensibilidad a la humedad está definido en una norma de relevancia internacional, la J-STD-020.
La prueba MSL consta de varias fases.
La muestra se somete inicialmente a una inspección visual y microacústica en condiciones normales. Posteriormente, se hornea durante 24 horas a 125 °C para deshumidificarla por completo.
A continuación, se somete al proceso inverso de humidificación y se observa una serie de liberaciones posteriores de la humedad atrapada para evaluar finalmente la magnitud de los daños sufridos.
En función del resultado, la muestra se sitúa en una escala del 1 al 6 e indica su nivel de sensibilidad al daño por humedad.
El horno FDM para la prueba del nivel de sensibilidad a la humedad
Como hemos visto, la fase de horneado es fundamental tanto en la prueba MSL como en el posterior reacondicionamiento periódico al que se someterán los componentes.
Para hornear semiconductores de forma profesional y de acuerdo con los estándares internacionales, no hay mejor herramienta que un horno de secado de laboratorio.
Los hornos de secado de laboratorio FDM son capaces de realizar la fase de horneado, la prueba MSL y muchas otras pruebas climáticas que requieren alcanzar y mantener temperaturas extremas.
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Normas de referencia
- IPC/JEDEC J-STD-020E — Clasificación de la sensibilidad a la humedad y al reflujo para dispositivos de montaje superficial no herméticos
- IPC/JEDEC J-STD-033C — Manipulación, embalaje, envío y uso de dispositivos sensibles a la humedad
- JESD22-A113 — Acondicionamiento previo de dispositivos de montaje superficial no herméticos antes de las pruebas de fiabilidad
- JESD22-A118 — Resistencia acelerada a la humedad — HAST imparcial
- IPC-M-108 — Manipulación de componentes sensibles a la humedad
Fuentes autorizadas
- JEDEC J-STD-020 — Norma de referencia para la clasificación MSL.
- IPC — Asociación que conecta las industrias electrónicas.
- JEDEC — Consejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos.
Preguntas frecuentes sobre la prueba MSL
¿Qué son los niveles MSL y cómo se clasifican?
El Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL, por sus siglas en inglés) clasifica los componentes electrónicos según su tolerancia a la humedad ambiental durante el almacenamiento previo a la soldadura por reflujo. Existen ocho clases, desde MSL 1 (sin límite, no sensible) hasta MSL 6 (horneado obligatorio antes de cada uso). Las más comunes son: MSL 2 (1 año de vida útil), MSL 3 (168 horas), MSL 4 (72 horas) y MSL 5 (48 horas). La vida útil es el tiempo máximo en un entorno estándar de 30 °C y 60 %RH entre la apertura de la bolsa MBB y la soldadura por reflujo.
¿Cómo se realiza una prueba de clasificación MSL?
Procedimiento J-STD-020E: (1) Prehorneado de 24 h a 125 °C para secado; (2) Inmersión en humedad en una cámara climática según el nivel objetivo (p. ej., MSL 3 = 192 h a 30 °C/60 %RH, o acelerado 40 h a 60 °C/60 %RH); (3) Triple reflujo con perfil de soldadura sin plomo a 260 °C pico; (4) Inspección con SAM (microscopía acústica de barrido) para detectar delaminaciones, grietas y efecto palomitas de maíz. Si no se observan defectos después de 3 reflujos, se confirma la clasificación.
¿Qué es el fenómeno del “popcorning”?
Durante el proceso de reflujo a 260 °C, la humedad absorbida por el compuesto del molde (encapsulado de plástico) se convierte en vapor. La presión interna supera la resistencia mecánica y fractura el encapsulado con una expansión explosiva (de ahí el "efecto palomitas de maíz"). Los daños incluyen: delaminación del compuesto del chip, rotura del hilo de conexión, fisuras en el conducto interno de humedad y fractura del chip de silicio. El efecto palomitas de maíz visible es poco frecuente, pero los daños subsuperficiales, detectables únicamente con SAM, son más comunes y críticos para la fiabilidad.
¿Cómo gestionar MSL en la producción SMT?
Mejores prácticas J-STD-033: (1) MBB (Bolsa de barrera contra la humedad) con gel de sílice y HIC (Tarjeta indicadora de humedad); (2) Seguimiento de la vida útil del piso con pegatinas y registros ERP; (3) Recuperación por horneado RH); (4) Dry cabinet <5 % RH); (4) Dry cabinet Armario seco RH per storage componenti aperti; (5) Work order <5% RH per storage componenti aperti; (5) Work order Órdenes de trabajo con un plazo de entre 8 y 16 horas entre la apertura de MBB y el reflujo. Las empresas con certificación IPC-QPS implementan la trazabilidad completa de MSL para las auditorías de clientes de nivel 1 del sector automotriz/aeroespacial. Dry cabinet a Work order con limite di 8-16h tra apertura MBB e reflow. Le aziende con certificazione IPC-QPS implementano tracciabilità completa MSL per audit clienti tier-1 automotive/aerospace.
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