Cuándo hornear partes SMT abiertas antes del reflow

El kit para un ensamblaje pequeño llega con un carrete que se abrió hace meses, una tira cortada en una bolsa con cierre y una charola de BGA sin la tarjeta de humedad. Todo es el número de parte correcto. Nada en la etiqueta dice si todavía es seguro pasarlo por un horno de reflujo. Quien abrió la bolsa no hizo nada mal a propósito, y el daño, si ocurre, no aparecerá hasta que la placa esté en el horno o, peor, en campo.

Esto surge constantemente en foros de distribuidores y de ensamblaje: «mis partes han estado afuera, ¿de verdad tengo que hornearlas?». La respuesta corta es que decide la clasificación de sensibilidad a la humedad de la parte, no tu criterio. Esta nota explica qué significa la clasificación, cómo leer lo que vino en la bolsa y qué hacer cuando se acabó el tiempo.

Por qué a un encapsulado plástico le importa la humedad

Los encapsulados plásticos moldeados no son herméticos. En días o semanas absorben vapor de agua del aire, y la resina, la unión del die y el leadframe o sustrato retienen algo de él. Esa agua es inofensiva a temperatura ambiente. Durante el reflow el cuerpo del encapsulado pasa muy por encima del punto de ebullición del agua, y la humedad atrapada adentro se convierte en vapor más rápido de lo que puede difundirse hacia afuera. La presión agrieta el compuesto de moldeo, delamina el die de la paleta o levanta los alambres de unión. El nombre en la industria es popcorning, porque un encapsulado muy afectado puede crujir de forma audible e hincharse a la vista dentro del horno. La breve explicación de DigiKey sobre cómo proteger las partes de montaje superficial del daño por humedad describe el efecto y por qué es un problema de reflow y no de almacenamiento.

Lo insidioso es que la mayoría de los encapsulados con popcorning no se ven dañados. La delaminación interna se manifiesta como una unión intermitente, una parte que pasa la prueba a temperatura ambiente y falla en caliente, o una devolución de campo un año después. Por eso las reglas están escritas como límites estrictos y no como consejos.

Cómo leer la clasificación y el reloj

Todo encapsulado de montaje superficial no hermético lleva un Nivel de Sensibilidad a la Humedad, MSL, definido por el fabricante bajo los estándares de clasificación conjuntos de IPC y JEDEC. El nivel te dice cuánto tiempo puede estar una parte fuera de su bolsa sellada, a una temperatura y humedad indicadas, antes de que deba hornearse. Renesas publica una versión compacta de la tabla en su guía de empaque y manejo, y los niveles son los mismos entre fabricantes porque vienen del mismo estándar.

Nivel	Vida en piso fuera de la bolsa
1	Ilimitada
2	Un año
2a	Cuatro semanas
3	168 horas
4	72 horas
5	48 horas
5a	24 horas
6	Hornear antes de usar, tiempo en la etiqueta

Esas duraciones suponen una planta de producción en o por debajo de las condiciones impresas en la etiqueta, que para los niveles 2 a 6 es en general 30 °C y 60 por ciento de humedad relativa. Un cuarto más cálido o más húmedo acorta la ventana real. El reloj es acumulativo: empieza cuando se abre la bolsa, se pausa solo mientras las partes están en almacenamiento seco o en una bolsa resellada con desecante nuevo, y no se reinicia porque las partes volvieron a un cajón.

Tres cosas llegan en un empaque seco adecuado y cada una responde una pregunta:

• La etiqueta de la bolsa lleva el MSL y la fecha de sellado. Si la etiqueta ya no está, busca la clasificación en la página de producto del fabricante. TI, por ejemplo, dirige a sus clientes a la información de MSL en la bolsa o la caja y a la sección de calidad de la carpeta de producto de cada dispositivo.
• La tarjeta indicadora de humedad te dice si la bolsa se mantuvo seca. Cada fabricante define su propia regla de lectura. Las preguntas frecuentes sobre vida útil de TI dicen que las partes necesitan hornearse si la tarjeta muestra rosa en la indicación de 10 por ciento. Renesas describe su tarjeta como saturada cuando el punto de 30 por ciento se ha vuelto lavanda. Lee la regla que vino con esa bolsa, no una regla recordada de otro fabricante.
• El desecante solo funciona mientras la bolsa está sellada. Una bolsa que se abrió y se dobló para cerrarla no es almacenamiento seco.

Las trampas del lado del comprador son predecibles. Un carrete comprado el año pasado y abierto para una corrida de prototipos ahora es una incógnita. Una tira cortada de un corredor o de un vendedor de mercado llegó sin bolsa, sin tarjeta y sin historial, así que debe tratarse como si la vida en piso se hubiera excedido. Las partes MSL 1, que incluyen la mayoría de los pasivos y muchos discretos pequeños, son la excepción y pueden estar en el estante indefinidamente. Las partes que importan son las que menos preocupan a la gente: un microcontrolador QFN, una memoria BGA, un módulo con blindaje plástico, un LED, un inductor con cuerpo moldeado, un módulo de potencia con pad expuesto.

Lo que un horneado arregla y lo que no

Hornear saca la humedad absorbida lentamente, a una temperatura lo bastante baja para que el agua salga por difusión y no por presión de vapor. Una vez seca, el reloj de vida en piso vuelve a empezar desde cero. Renesas da el caso general como hasta 24 horas a 125 °C en una charola resistente al calor, y advierte que una temperatura mayor arriesga corrosión de las terminales por desgasificación. Los encapsulados más gruesos y los niveles más altos tardan más, y la referencia es el documento del fabricante para el encapsulado específico, no una tabla genérica.

La limitación que sorprende a los talleres pequeños es el empaque. Renesas afirma sin rodeos que la cinta y carrete no es resistente al calor y no debe hornearse, y que los magazines y las charolas no resistentes al calor son iguales. Hornear un carrete a la temperatura estándar deforma el portador y levanta la cinta de cubierta, y el carrete que sale no va a alimentar. Las alternativas son pasar las partes a una charola resistente al calor y hornear a la temperatura más alta, o usar el horneado a baja temperatura mucho más largo que algunos fabricantes describen para partes que quedan en cinta. De cualquier forma, las partes que estaban en un carrete salen de la ruta del alimentador de la pick-and-place y se colocan a mano, que es donde se cuelan errores de orientación y de conteo.

Un horneado también tiene costos que la clasificación no menciona. El calor repetido o prolongado oxida las terminaciones y puede degradar la soldabilidad, así que una parte horneada varias veces a lo largo de su vida no equivale a una nueva. La tinta del marcado puede desvanecerse. Y un horneado no hace nada por las partes que ya pasaron por reflow una vez con humedad adentro, porque el daño es mecánico y permanente.

Lo que revisa un ingeniero cuidadoso antes de que el kit entre al horno

• Cada línea de la lista de materiales (BOM) tiene un MSL conocido. La hoja de datos o la página de producto lo indica. Si la parte es nivel 3 o superior, está en la lista de vigilancia.
• Cada bolsa de la lista de vigilancia tiene etiqueta, tarjeta e historia. Fecha de sellado, fecha de apertura, horas afuera. Si falta cualquiera de esas, se asume que la parte expiró.
• La tarjeta se lee contra la regla del fabricante para esa tarjeta, a temperatura ambiente, inmediatamente al abrir.
• Las partes en carrete que necesitan horneado se planean como horneado en charola, con tiempo en el calendario para sacarlas del carrete y volver a enrollarlas, o se vuelve a cotizar la corrida con existencias frescas.
• Las partes de un kit en consignación siguen las mismas reglas que las compradas. Un cliente que envía un carrete a medio usar está enviando una incógnita, y es mejor decirlo antes de la corrida que después.
• Los segundos reflows cuentan. Una placa de dos caras que pasa dos veces por el horno, o una estación de retrabajo, expone el mismo encapsulado al mismo mecanismo de vapor. La vida en piso cubre el intervalo entre abrir la bolsa y el último paso de alta temperatura, no el primero.

El lado del diseño también puede reducir la exposición. Elegir una variante de encapsulado de menor MSL cuando el fabricante la ofrece, evitar una parte de nivel 5 o 6 en un producto que se fabricará en lotes pequeños a lo largo de años, y consolidar una corrida para que los carretes abiertos se consuman en lugar de almacenarse, todo reduce las probabilidades de que alguna vez se necesite un horneado.

Tratamos la sensibilidad a la humedad como un paso de inspección del kit y no como un paso del horno, porque cuando un encapsulado está en el horno la decisión ya se tomó. Si envías partes para una corrida pequeña de ensamblaje, dinos cuándo se abrió cada bolsa e incluye la tarjeta de humedad, y te diremos antes de la corrida cuáles partes están bien, cuáles necesitan horneado y cuáles es más seguro reemplazar.

Fuentes: guía de empaque y manejo de Renesas, vida útil de producto de TI, preguntas frecuentes sobre vida útil de producto de TI, DigiKey sobre el daño por humedad en partes de montaje superficial, resumen del nivel de sensibilidad a la humedad.