Qué es el nivel de sensibilidad a la humedad MSL

El lote de tarjetas pasó la inspección óptica, la prueba en circuito y la prueba funcional sin un solo rechazo. Tres meses después empezaron a regresar equipos del cliente con fallas intermitentes que nadie podía reproducir en el banco. El análisis de falla terminó en un microscopio acústico: el encapsulado de un circuito integrado tenía una delaminación interna entre el plástico y el marco de conexiones. El carrete de ese componente se había abierto un viernes, se quedó en la máquina de colocación todo el fin de semana con la planta sin aire acondicionado y el lunes se terminó de montar. Nadie había registrado a qué hora se abrió la bolsa.

Por qué la humedad daña un componente

Los encapsulados plásticos de los componentes de montaje superficial no son herméticos. El compuesto de moldeo absorbe humedad del ambiente de forma lenta pero continua, y esa humedad se acumula en las interfaces internas del encapsulado. Mientras el componente está a temperatura ambiente no pasa nada. El problema llega en el horno de reflujo, donde el componente sube en pocos minutos a temperaturas por encima de los 240 grados: la humedad atrapada se convierte en vapor, la presión interna crece y el encapsulado se separa por dentro o se agrieta.

Cuando la grieta es visible se le conoce como efecto palomita, por el chasquido con el que a veces ocurre. Lo más peligroso, sin embargo, es el daño que no se ve: una delaminación interna que rompe o debilita las uniones de alambre y que no siempre falla en la prueba final. El componente funciona al salir de la línea y falla después, con ciclos térmicos o vibración, ya en manos del cliente. Por eso la humedad es un riesgo de confiabilidad, no solo un defecto de ensamble.

Qué significa cada nivel MSL

El nivel de sensibilidad a la humedad, conocido como MSL por sus siglas en inglés, lo determina el fabricante del componente con la norma IPC/JEDEC J-STD-020, sometiendo muestras a humedad controlada y a ciclos de reflujo para ver cuánta exposición soportan sin dañarse. El resultado es una clasificación del nivel 1 al nivel 6 que se traduce en un dato operativo: el tiempo de piso, es decir, cuánto tiempo puede estar el componente fuera de su empaque seco, en condiciones de planta de hasta 30 grados y 60 por ciento de humedad relativa, antes de tener que montarse o volver a secarse.

• —Nivel 1: tiempo de piso ilimitado; el componente no requiere empaque seco.
• —Nivel 2: un año fuera de la bolsa.
• —Nivel 2a: cuatro semanas.
• —Nivel 3: 168 horas, el nivel más común en circuitos integrados.
• —Nivel 4: 72 horas.
• —Nivel 5: 48 horas.
• —Nivel 5a: 24 horas.
• —Nivel 6: debe secarse siempre antes de usarse y montarse dentro del tiempo que indica la etiqueta.

El nivel no es una propiedad fija de la familia de componente: depende del encapsulado, de su espesor y de la temperatura pico de reflujo con la que se clasificó. Un mismo número de parte puede cambiar de nivel si el fabricante cambia el compuesto de moldeo o si la planta pasa a un perfil sin plomo más caliente que el de la clasificación. Por eso el nivel se toma de la etiqueta del empaque y de la hoja de datos vigente, no de la costumbre.

Qué exige la J-STD-033 en la planta

La clasificación la hace el fabricante; el manejo lo define la IPC/JEDEC J-STD-033, que es la que se audita en la planta de ensamble. Los componentes sensibles llegan en empaque seco: una bolsa barrera de humedad sellada, con desecante y una tarjeta indicadora de humedad, y una etiqueta que declara el nivel, el tiempo de piso y la fecha de sellado. Al abrir la bolsa, lo primero es leer la tarjeta indicadora. Si marca que se superó el umbral permitido, los componentes ya absorbieron humedad dentro del empaque y deben secarse antes de usarse, aunque la bolsa se acabe de abrir.

A partir de la apertura empieza a correr el tiempo de piso, y la planta tiene que poder demostrar cuánto lleva cada carrete o charola. Eso implica registrar fecha y hora de apertura, acumular el tiempo si el componente se usa en varias corridas y definir qué pasa cuando regresa al almacén: resellarlo en bolsa con desecante nuevo, guardarlo en un gabinete seco con humedad controlada o secarlo en horno. Cada opción tiene reglas distintas sobre si el reloj se detiene o se reinicia, y la norma fija tiempos y temperaturas de horneado según el espesor del encapsulado y el tiempo que el componente estuvo expuesto.

El horneado tampoco es gratuito. Las temperaturas altas acortan el tiempo de secado, pero afectan la soldabilidad de las terminales y los carretes de plástico no las soportan, así que se hornea en charolas resistentes o a baja temperatura durante días. Cada horneado cuenta contra un límite de exposición térmica acumulada, así que secar por rutina, en lugar de controlar el tiempo de piso, termina degradando el componente que se quería proteger.

Cómo encaja en el sistema de calidad

La ISO 9001 no menciona la humedad, pero el control de componentes sensibles cae de lleno en tres de sus requisitos. La preservación de las salidas obliga a proteger el producto y sus partes durante el almacenamiento y el proceso, lo que incluye su empaque y su manipulación. El ambiente para la operación de los procesos obliga a definir y mantener las condiciones de temperatura y humedad que el proceso necesita. Y la identificación y trazabilidad obligan a saber, para cada carrete, en qué estado está y en qué producto terminó. En electrónica automotriz, la IATF 16949 y los requisitos específicos del cliente suelen citar la J-STD-033 de forma explícita.

Errores frecuentes

• —Abrir bolsas sin registrar fecha y hora, y calcular el tiempo de piso de memoria.
• —No leer la tarjeta indicadora de humedad al abrir el empaque.
• —Regresar carretes abiertos al almacén general sin resellar ni meter a gabinete seco.
• —Tomar el nivel MSL del número de parte en el sistema y no de la etiqueta del lote recibido.
• —Hornear todo por rutina, sin controlar el límite de horneados ni la soldabilidad.
• —Olvidar que la humedad del piso de producción cambia con la temporada y el turno.
• —No incluir a los componentes sensibles en la trazabilidad cuando se retrabaja una tarjeta.
• —Guardar el desecante usado y reutilizarlo al resellar.

Dónde se rompe en la operación

El control de MSL rara vez falla por desconocimiento de la norma. Falla en los cambios de turno, en los carretes que se quedan en el alimentador de la máquina entre una orden y otra, en el almacén que recibe material devuelto de línea sin saber cuántas horas trae y en las temporadas de lluvia, cuando la humedad del piso sube sin que nadie ajuste nada. En Guadalajara, donde la industria electrónica ensambla tarjetas para telecomunicaciones, cómputo, dispositivos médicos y electrónica automotriz con mezcla alta y corridas cortas, esa rotación constante de carretes abiertos es justo donde se pierde el reloj. Convertir el tiempo de piso en un registro trazable, ligado a cada lote y a cada orden de producción, es parte de lo que se estructura en la Consultoría ISO 9001 en Guadalajara, donde la preservación se trata como un control del proceso y no como una etiqueta en la bolsa.

En resumen

El nivel de sensibilidad a la humedad MSL clasifica, del 1 al 6, cuánto tiempo puede estar un componente de montaje superficial fuera de su empaque seco antes de que la humedad absorbida lo dañe en el reflujo. Lo determina el fabricante con la J-STD-020 y la planta lo controla con la J-STD-033: empaque seco, tarjeta indicadora, registro del tiempo de piso, resellado, gabinetes secos y horneado cuando se excede. Dentro del sistema de calidad es un requisito de preservación, de ambiente de proceso y de trazabilidad, y su falla no se ve en la línea sino en el campo.