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Tarjeta indicadora de humedad

Una tarjeta indicadora de humedad (HIC) es una tarjeta en la que se impregna un producto químico sensible a la humedad de modo que cambie de color cuando se exceda la humedad relativa (RH) indicada. Por lo general, se trata de un papel secante impregnado con una base de cloruro de cobalto (II) ; alternativas menos tóxicas incluyen otros productos químicos como una base de cloruro sin cobalto y películas plásticas especiales. [1]

Los indicadores de humedad son una forma económica de indicar o cuantificar el contenido de humedad dentro de envases sellados . Están disponibles en muchas configuraciones y se utilizan en muchas aplicaciones, especialmente militares y de semiconductores. Las tarjetas indicadoras de humedad más comunes cambian de color de azul (menor que el nivel de HR indicado) a rosa (mayor que el nivel de HR indicado).

Historia

Durante la Segunda Guerra Mundial se identificó la necesidad de un indicador de humedad de fácil lectura que no pudiera dañarse por la vibración. El contralmirante Welford C. Blinn, en ese momento comandante del USS Pope , se preocupó por el mal estado de las armas y municiones que llegaban al teatro del Pacífico. La alta humedad en el Pacífico Sur, junto con los métodos de embalaje deficientes, estaba causando corrosión y daños por humedad. Una cantidad significativa de municiones llegaba en un estado inestable y, a veces, peligroso. Después del final de la guerra, el contralmirante Blinn fue asignado a Washington, DC, donde tuvo acceso a un laboratorio de investigación. Allí desarrolló el concepto para el primer indicador de humedad que cambia de color, un método simple de control de la humedad que permite controlar la humedad de forma automática o automática . [ cita requerida ]

A fines de la década de 1940, la humedad relativa en el rango de 30-35% era una preocupación porque es cuando puede comenzar la corrosión. Durante 50 años, las aplicaciones industriales y militares para indicadores de humedad de cambio de color fueron el mercado principal para estos productos. R. Admiral Blinn fundó Humidial Corporation en 1948. Adquirida por Süd-Chemie, Inc., en 1989 para comercializar indicadores de humedad, luego adquirida por Clariant.

A mediados de los años 1980, los descendientes de R. Admiral Blinn comenzaron a trabajar con fabricantes de semiconductores para identificar y resolver el problema del “pop corning”. Se determinó que el montaje de semiconductores, también conocidos como dispositivos, en placas puede causar “pop corning” en ciertos tipos de paquetes de montaje superficial si se han almacenado o manipulado de forma incorrecta. Esta delaminación del paquete se produce cuando la humedad excesiva dentro del paquete se expande como resultado de los rápidos cambios térmicos experimentados durante las operaciones de montaje con soldadura. Como resultado, en 1989 se publicó una norma para toda la industria para el embalaje de semiconductores. Esta norma, EIA 583, exigía el uso de una tarjeta indicadora de humedad que indicaría un nivel de humedad tan bajo como el 10 %. El cumplimiento de los métodos adecuados de almacenamiento y manipulación redujo inmediatamente la cantidad de fallas en los semiconductores, pero con el paso de los años se hizo evidente que incluso los niveles de humedad inferiores al 10 % eran perjudiciales para los dispositivos. Una vez más, el Consejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos (JEDEC), actualmente el organismo de normalización para el encapsulado de semiconductores, recurrió a los descendientes del almirante R. Blinn para determinar la viabilidad de fabricar un indicador de humedad con un cambio de color del 5 %. En abril de 1999, se publicó la norma J-STD-033 con una tarjeta indicadora con un cambio de color del 5 %, 10 % y 15 % especificado.

Muchos dispositivos electrónicos pequeños, desde teléfonos celulares hasta computadoras portátiles, también tienen tarjetas indicadoras de humedad con el fin de alertar al fabricante de que el dispositivo ha estado expuesto a altos niveles de humedad. En muchos casos, esto anula o modifica los términos de la cobertura de la garantía del dispositivo. [2]

La especificación militar anterior de los Estados Unidos Mil-I-8835A [ vínculo muerto permanente ] era la especificación que regía para una tarjeta indicadora de humedad. La tarjeta indicadora de humedad también está especificada para su uso en J-STD-033, que es el estándar para la manipulación, embalaje, envío y uso de dispositivos de montaje en superficie sensibles a la humedad/reflujo . Este es un estándar conjunto desarrollado por el Consejo de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos Conjunto e IPC y se utiliza en el encapsulado de semiconductores.

Tarjetas indicadoras de humedad sin cobalto

Tarjeta indicadora de humedad sin cobalto

Se han desarrollado varios sistemas sin cobalto. [3] En el mercado se pueden encontrar HIC de color marrón a azul claro ( base de cloruro de cobre (II) ) sin cobalto. En 1998, la Comunidad Europea (CE) emitió una directiva que clasifica los artículos que contienen cloruro de cobalto (II) de 0,01 a 1% p/p como T (tóxicos), con la frase R correspondiente de R49 (puede causar cáncer si se inhala). Como consecuencia, algunas empresas han desarrollado nuevas tarjetas indicadoras de humedad sin cobalto.

Aunque la CE emitió esta directiva, no prohibió los indicadores de humedad que contienen cloruro de cobalto (II) . [ cita requerida ] El único efecto que tiene la directiva de la CE sobre una tarjeta indicadora de humedad que contiene cloruro de cobalto (II) es establecer umbrales de requisitos de etiquetado. Hay dos formas de considerar la directiva de la CE: [ investigación original? ]

  1. Los productores de HIC a base de cobalto afirman que, si un indicador de humedad se considera un artículo en la definición de la CE y, por lo tanto, no tiene requisitos de etiquetado, si el contenido de cloruro de cobalto (II) en peso es <0,25 %. La T (tóxico) y la R49 (puede causar cáncer si se inhala) no son aplicables porque un indicador de humedad no se puede inhalar.
  2. Por otra parte, si se considera el HIC como una sustancia química (mancha indicadora) en una tarjeta de papel (indicador), la consecuencia es que debe considerarse como un preparado, el límite de concentración cambia a 0,01% en peso de cloruro de cobalto (II) y debe etiquetarse como T (tóxico) y R49 (puede causar cáncer si se inhala). Además, está claro que el HIC no se puede inhalar, pero la regulación se refiere al contenido de sustancias y es una advertencia para los usuarios: por ejemplo, si saben que hay sustancias nocivas en el HIC, no las eliminarán quemándolas.

HIC en encapsulados de semiconductores

En el caso de los encapsulados de semiconductores, los HIC se envasan dentro de una bolsa sensible a la humedad, junto con el desecante, para ayudar a determinar el nivel de humedad al que han estado sometidos los dispositivos sensibles a la humedad. Los niveles de sensibilidad a la humedad se indican con un número, como en la lista MSL .

JEDEC es el principal desarrollador de estándares para la industria del estado sólido y establece los estándares para el empaquetado de semiconductores. El último estándar JEDEC, el Estándar Industrial Conjunto para el “Manejo, Empaque, Envío y Uso de Dispositivos de Montaje en Superficie Sensibles a la Humedad/Reflujo” J-STD-033B, establece el uso y prueba de tarjetas indicadoras de humedad en el empaquetado seco de semiconductores. Las HIC se utilizan para garantizar que la humedad dentro de las bolsas de barrera empaquetadas en seco se mantenga en niveles seguros para los dispositivos de montaje en superficie. En el pasado, las HIC para la industria de semiconductores han indicado niveles de humedad relativa (RH) de 5, 10 y 15 por ciento. Sin embargo, JEDEC e IPC publicaron JSTD-033B en 2005, que requiere el uso de una HIC que indique niveles de RH de 5, 10 y 60 por ciento.

La norma incluye el uso y la prueba de tarjetas indicadoras de humedad (HI) en el encapsulado seco de semiconductores. Los métodos descritos en la norma están prescritos por JEDEC e IPC para evitar daños (como grietas y delaminación) causados ​​por la absorción de humedad y la exposición a temperaturas de reflujo de soldadura que pueden provocar una degradación del rendimiento y la fiabilidad.

Las estipulaciones del J-STD-003B establecen:

  1. Los HIC deben cumplir con un nivel de calidad de cambio de color mínimo estándar para garantizar la precisión y legibilidad entre los estados seco y húmedo: el método de prueba del medidor de color determina cuantitativamente la precisión de los HIC con cambio de color. Los niveles, como se describe en la revisión J-STD-033B, requieren un "cambio de color significativo y perceptible" entre los niveles de humedad indicados. Los fabricantes deben probar sus tarjetas para comprobar su precisión utilizando un dispositivo colorímetro y deben proporcionar un informe de prueba al cliente que certifique que el HIC cumple con los requisitos de calidad.
  2. Los HIC deben indicar los niveles de humedad para las piezas MSL 2, además de los niveles MSL 2a a 5a: mientras que las tarjetas anteriores utilizaban un sistema de puntos de humedad relativa del 5, 10 y 15 por ciento para indicar los niveles de exposición a la humedad de los componentes sensibles a la humedad, el nuevo HIC ahora contará con puntos que indicarán el 5, 10 y 60 por ciento. El cambio significa que las tarjetas ahora indicarán la exposición a la humedad para los dispositivos MSL de nivel 2. Además, una lectura positiva en el punto del 60 por ciento indica que las tarjetas no deben reutilizarse, ya que los altos niveles de humedad a los que ha estado expuesta la tarjeta pondrán en peligro la precisión de las lecturas bajas (5% HR). Las tarjetas del 5, 10 y 60 por ciento cumplen con la Directiva 67/548/EEC del Consejo de la Comunidad Europea siempre que no contengan más que la cantidad aplicable de cloruro de cobalto.

La norma completa se puede descargar desde JEDEC.

Tarjetas indicadoras de humedad máxima irreversibles

Las tarjetas indicadoras de humedad máxima son tarjetas especialmente diseñadas para monitorear los niveles de humedad relativa en aplicaciones de carga. Cada nivel de humedad está representado por un cristal azul que se disuelve para crear un gran punto azul que indica claramente el nivel de humedad relativa más alto que se ha alcanzado. Las tarjetas indicadoras de humedad máxima son irreversibles, por lo que indican el nivel más alto de humedad experimentado por la carga durante su viaje, independientemente de los niveles de humedad actuales (potencialmente más bajos). Proporcionan un medio claro e inequívoco para determinar si las mercancías han estado expuestas a niveles de humedad perjudiciales durante su viaje. Si la tarjeta indica niveles altos de humedad, los usuarios saben que deben verificar sus productos para detectar posibles daños o modificar su régimen de embalaje en consecuencia. Hay varias tecnologías disponibles. [4] [5]

Véase también

Referencias

  1. ^ Zhang, YP; Chodavarapu, VP; Kirk, AG; Andrews, MP (2013). "Indicador de humedad de color estructurado a partir de ajuste de tono reversible en películas de celulosa nanocristalina autoensambladas". Sensores y actuadores B: Química . 176 : 692–697. Código Bibliográfico :2013SeAcB.176..692Z. doi :10.1016/j.snb.2012.09.100.
  2. ^ [1] Garantía limitada de Motorola
  3. ^ US 20150300958 A1, Evan Koon Lun Yuuji Hajime, "Indicadores de humedad colorimétricos ajustables", publicado en 2015 
  4. ^ US3898172A, Rief, Kurz, "Indicador de humedad irreversible", publicado en 1975  
  5. ^ US6698378B1, Dick, Robertson, Martin, "Tarjetas indicadoras de humedad irreversibles", publicado en 2000