¿Qué son las pruebas RGA?

Ya hemos hablado de la importancia de la prueba de estanqueidad  en estas páginas

Pero las pruebas con contenedores, entornos y embalajes herméticos no terminan ahí.

Otra prueba importante es la denominada prueba RGA, que significa Análisis de Gases Residuales, un procedimiento menos extendido en la industria pero de vital importancia para algunos sectores específicos.

Vamos a verlo juntos.

¿Para qué se utilizan las pruebas RGA?

Las técnicas modernas de envasado al vacío pueden eliminar hasta el 99,9% del aire presente.

¿Y ese 0,1% que te queda?

Ese es el objetivo de las pruebas RGA.

Las pruebas RGA analizan los gases residuales presentes en un contenedor o en un entorno de vacío para determinar su cantidad, composición y peligrosidad real.

Contrariamente a la creencia popular, las pruebas RGA no se utilizan en contenedores de vacío producidos en masa, sino en dos sectores específicos: el aeroespacial y el de componentes electrónicos.

En estos sectores, RGA Testing desempeña funciones similares pero con diferencias importantes.

En el sector aeroespacial se utiliza para analizar los gases residuales de entornos reales, es decir, cámaras de vacío térmico.

Mientras que en la electrónica de consumo su objeto es el llamado encapsulado de componentes microelectrónicos: carcasas herméticas que rodean los procesadores y los componentes más delicados de un dispositivo electrónico.

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Cómo funcionan las pruebas RGA

Como puede imaginar, dependiendo del entorno que se vaya a analizar, las pruebas RGA adoptan diferentes formas, aunque la sustancia sigue siendo la misma.

Ya se trate de una cámara de vacío térmico o del envasado de componentes microelectrónicos, la prueba consta de dos fases.

En primer lugar, se introduce una sonda en el entorno de vacío, que extrae el gas.

Posteriormente, este gas se analiza con instrumentos de laboratorio específicos, como un espectrómetro de masas, capaz de separar los distintos tipos de gases extraídos y, por lo tanto, realizar un análisis tanto cualitativo como cuantitativo.

Las normas internacionales que conciernen a los distintos tipos de pruebas RGA son MIL-STD-883, ASTM E595 y JESD22.

Cámaras ambientales y de pruebas RGA

¿Qué relación existe entre las cámaras ambientales y las pruebas climáticas en general con el análisis de gases residuales?

Como en varios casos que hemos abordado, las cámaras climáticas ofrecen un papel de apoyo en algunos casos concretos.

Estos casos se refieren casi exclusivamente a pruebas realizadas en muestras pequeñas, como el encapsulado de microelectrónica que mencionamos. Para realizar pruebas en ciertos tipos de gases, la muestra a analizar debe acondicionarse térmicamente. Como sabemos, los gases se comportan de manera diferente a distintas temperaturas, y existen algunos procedimientos que, por ejemplo, requieren acondicionar la muestra a 100 °C para garantizar un análisis adecuado de los gases que contiene.

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Cámaras ambientales FDM para acondicionamiento de pruebas RGA

Las cámaras ambientales FDM son capaces de alcanzar temperaturas extremas y por tanto acondicionar térmicamente las muestras de Ensayo RGA, alcanzando los grados requeridos por los procedimientos convencionalmente aceptados.

Además, nuestras cámaras ambientales pueden modificarse adecuadamente para satisfacer las necesidades específicas de cada cliente.

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Normas de referencia

• Método 1018 de la norma MIL-STD-883 : Análisis interno de gases. Norma militar para el análisis interno de gases en paquetes microelectrónicos sellados herméticamente; límite típico de H₂O ≤ 5000 ppm.
• Método 1018 de la norma MIL-STD-750 : equivalente al método 1018 para dispositivos semiconductores discretos.
• ASTM E996 — Práctica estándar para la presentación de datos en espectroscopia de electrones Auger y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (Referencia para la caracterización de superficies relacionadas).
• ASTM F1982 — Métodos de prueba estándar para el análisis de las atmósferas internas de paquetes microelectrónicos sellados herméticamente.
• ISO 3530 — Tecnología de vacío – Calibración de detectores de fugas tipo espectrómetro de masas.
• ECSS-Q-ST-70-04C — Garantía de calidad de productos espaciales de la ESA: Ensayos térmicos para la evaluación de componentes electrónicos.
• JEDEC JESD202 — Método para la caracterización de gases residuales en envases herméticos.

Fuentes autorizadas

• DLA – Agencia de Logística de Defensa (base de datos MIL-STD). Agencia que publica las normas MIL-STD-883/750 a las que hacen referencia la AEC y la industria espacial.
• JEDEC Solid State Technology Association. Publica la norma JESD202 y normas relacionadas para paquetes de prueba microelectrónicos.
• ASTM International. Métodos ASTM F1982 para el análisis de atmósferas internas de envases herméticos.
• ESA – Agencia Espacial Europea. Publica las ECSS para la cualificación de componentes electrónicos aeroespaciales con requisitos RGA.

Preguntas frecuentes sobre las pruebas RGA

¿Qué es el análisis de gases residuales y cuándo es obligatorio?

residuales (RGA) mide la composición de gases dentro de cavidades selladas herméticamente de paquetes de dispositivos electrónicos, híbridos, MEMS y ópticos. El método estándar MIL-STD-883 1018 implica perforar el paquete en una cámara de vacío (< 10⁻⁵ Pa) acoplada a un espectrómetro de masas cuadrupolar con un rango de 1-100 uma, seguido de un análisis transitorio de evaporación para cuantificar H₂O, O₂, N₂, Ar, CO, CO₂, hidrocarburos e hidrógeno. Obligatorio para la calificación de dispositivos MIL/aeroespaciales Clase H/K y AEC-Q100/Q101 automotrices Grado 0/1. El límite más estricto es H₂O ≤ 5000 ppm (0,5 %), el umbral por encima del cual se forma condensación interna con corrosión y cortocircuitos eléctricos a temperaturas < 0 °C.

¿Cómo se distingue entre el gas de soldadura y la contaminación?

La atmósfera de sellado típica es N₂ (>99%) o mezclas de N₂/He para facilitar la posterior prueba de fugas finas. La presencia de O₂ >1000 ppm indica relleno contaminado o sellado incompleto; el Ar residual proviene de la atmósfera inerte de la soldadura de sellado de juntas con espacio paralelo/láser. Los hidrocarburos (C_nH_m, masa 40-100 uma) provienen de la desgasificación de fundente, resinas epoxi y adhesivos de silicona; el H₂ proviene de la electrólisis/corrosión o del tratamiento con Ni-chaping; el CO/CO₂ proviene de la degradación térmica de polímeros. Un horneado a 125-150 °C durante 8-24 horas bajo vacío reduce la desgasificación de materiales orgánicos. Un RGA fuera de especificación requiere un análisis de causa raíz (FA) con deformación de los componentes sospechosos.

¿Qué sensibilidad e incertidumbre alcanza un analizador de gases residuales cuadrupolar?

Los espectrómetros de masas de cuadrupolo RGA operan a una presión base < 10⁻⁷ Pa, sensibilidad típica 10⁻¹⁴ torr·L parcial (equivalente a 10–100 ppm en 10–100 μL de volumen libre). La resolución unitaria en todo el rango de 1–100 amu separa fácilmente H₂O (18) de N₂ (28) y CO (28, requiere análisis del patrón de craqueo). La incertidumbre de cuantificación para H₂O es típicamente ± 500 ppm o ± 15% del valor (lo que sea mayor) según el método 1018 de MIL-STD-883. La calibración utiliza paquetes estándar con cantidades inyectadas conocidas (trazables al NIST) o permeación de H₂O calibrada. La temperatura de punción y el transitorio de desorción son críticos: gradiente recomendado 100 °C, tiempo de adquisición 30-120 s.

¿Cuáles son los volúmenes mínimos que permite RGA y qué hacer con las cavidades de menos de 0,1 cc?

El método 1018 de la norma MIL-STD-883 especifica un volumen mínimo de cavidad de 0,1 cm³ (100 μL) para obtener una señal por encima del fondo del sistema de vacío. Los encapsulados TO, LCC y PGA se retraen fácilmente; los MEMS y la microóptica suelen tener cavidades de 1 a 50 μL, por debajo del umbral. Para dispositivos de bajo volumen, se utilizan técnicas alternativas: espectrometría de masas acoplada a ablación láser (apertura con un láser Nd:YAG de 1064 nm), un sensor óptico de humedad basado en un FTIR miniaturizado interno (preinstalado durante el ensamblaje) o un sensor de punto de rocío CMOS integrado como un chip complementario. Para cavidades < 0,01 cm³, los datos se consideran cualitativos. La condición B (5000 ppm de H₂O) se mantiene como requisito incluso para encapsulados de pequeño volumen mediante el control estadístico del proceso en lotes representativos.