Karta wskaźnika wilgotności
 |
| Wilgotność i higrometria |
|---|
| Pojęcia szczegółowe |
| Pojęcia ogólne |
| Miary i instrumenty |
Karta wskaźnika wilgotności (HIC) to karta, na której impregnowana jest substancja chemiczna wrażliwa na wilgoć w taki sposób, że zmieni kolor po przekroczeniu wskazanej wilgotności względnej . Zwykle była to bibuła impregnowana na bazie chlorku kobaltu (II) ; Mniej toksyczne alternatywy obejmują inne chemikalia, takie jak niezawierająca kobaltu baza chlorkowa i specjalne folie z tworzyw sztucznych.
Wskaźniki wilgotności to niedrogi sposób na wskazanie lub ilościowe określenie zawartości wilgoci wewnątrz szczelnie zamkniętych opakowań . Dostępne są w wielu konfiguracjach i znajdują zastosowanie w wielu zastosowaniach, zwłaszcza wojskowych i półprzewodnikowych. Najpopularniejsze karty wskaźnika wilgotności zmieniają kolor z niebieskiego (mniej niż wskazany poziom RH) na różowy (większy niż wskazany poziom RH).
Historia
Potrzeba łatwego do odczytu wskaźnika wilgotności, który nie mógłby zostać uszkodzony przez wibracje, została zidentyfikowana podczas II wojny światowej. Kontradmirał Welford C. Blinn, ówczesny dowódca USS Pope , zaniepokoił się złym stanem broni i amunicji przybywających na Pacyfik. Wysoka wilgotność na południowym Pacyfiku w połączeniu ze złymi metodami pakowania powodowała korozję i uszkodzenia spowodowane wilgocią. Znaczna ilość amunicji przybywała w niestabilnym, a czasem niebezpiecznym stanie. Po zakończeniu wojny kontradmirał Blinn został przydzielony do Waszyngtonu, gdzie korzystał z laboratorium badawczego. Tam opracował koncepcję pierwszego wskaźnika wilgotności zmieniającego kolor, prostego Go/no go metoda monitorowania wilgotności. [ potrzebne źródło ]
W późnych latach czterdziestych XX wieku wilgotność względna w zakresie 30-35% była problemem, ponieważ wtedy może rozpocząć się korozja. Przez 50 lat głównym rynkiem zbytu dla tych produktów były przemysłowe i wojskowe zastosowania wskaźników wilgotności zmieniających kolor. R. Admiral Blinn założył Humidial Corporation w 1948 r. Przejęty przez Süd-Chemie, Inc. w 1989 r. W celu komercjalizacji wskaźników wilgotności, później przejęty przez Clariant
W połowie lat 80. potomkowie R. Admirała Blinna rozpoczęli współpracę z producentami półprzewodników w celu zidentyfikowania i rozwiązania problemu „popcorningu”. Stwierdzono, że lutowane mocowanie półprzewodników, zwanych również urządzeniami, na płytkach może powodować „popcorning” niektórych rodzajów opakowań do montażu powierzchniowego, jeśli były one niewłaściwie przechowywane lub obsługiwane. To rozwarstwienie obudowy występuje, gdy nadmierna wilgoć wewnątrz obudowy rozszerza się w wyniku szybkich zmian termicznych występujących podczas operacji lutowania. W rezultacie w 1989 roku opublikowano ogólnobranżowy standard pakowania półprzewodników. Norma ta, EIA 583, wymagała użycia karty wskaźnika wilgotności, która wskazywałaby nawet 10%. Przestrzeganie odpowiednich metod przechowywania i obchodzenia się z nimi natychmiast zmniejszyło liczbę awarii półprzewodników, ale z biegiem lat okazało się, że nawet wilgotność poniżej 10% jest szkodliwa dla urządzeń. Po raz kolejny Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC), obecnie organ normalizacyjny zajmujący się opakowaniami półprzewodników, zwrócił się do potomków R. Admirała Blinna, aby określić wykonalność wykonania wskaźnika wilgotności zmieniającego kolor o 5%. W kwietniu 1999 roku wypuszczono J-STD-033 z określoną kartą wskaźnika zmiany koloru 5, 10, 15%.
Karty wskaźników wilgotności są również obecne w wielu małych urządzeniach elektronicznych, od telefonów komórkowych po laptopy, w celu ostrzeżenia producenta, że urządzenie zostało wystawione na działanie dużej wilgoci. W wielu przypadkach powoduje to unieważnienie lub zmianę warunków gwarancji na urządzenie.
Poprzednia specyfikacja wojskowa Stanów Zjednoczonych Mil-I-8835A [ stały martwy link ] była obowiązującą specyfikacją karty wskaźnika wilgotności. Karta wskaźnika wilgotności jest również określona do użytku w J-STD-033 , który jest standardem dotyczącym obsługi, pakowania, transportu i użytkowania urządzeń do montażu powierzchniowego wrażliwych na wilgoć/reflow . Jest to wspólny standard opracowany przez Joint Electron Device Engineering Council i IPC i jest stosowany w opakowaniach półprzewodnikowych.
Karty wskaźnika wilgotności niezawierające kobaltu
Opracowano kilka systemów bez kobaltu. Bezkobaltowe brązowe do jasnoniebieskich ( chlorku miedzi(II) ) HIC można znaleźć na rynku. W 1998 r. Wspólnota Europejska (WE) wydała dyrektywę, która klasyfikuje artykuły zawierające chlorek kobaltu(II) w stężeniu od 0,01 do 1% wag. jako T (toksyczne), z odpowiednim zwrotem R R49 (wdychanie może powodować raka). W rezultacie niektóre firmy opracowały nowe karty wskaźników wilgotności niezawierające kobaltu.
Chociaż KE wydała tę dyrektywę, nie zakazała stosowania wskaźników wilgotności zawierających chlorek kobaltu(II) . [ potrzebne źródło ] Jedynym skutkiem, jaki dyrektywa WE ma w odniesieniu do karty wskaźnika wilgotności zawierającej chlorek kobaltu(II), jest ustalenie progów wymagań dotyczących etykietowania. Dyrektywę WE można rozpatrywać na dwa sposoby: [ oryginalne badania? ]
- Producenci HIC na bazie kobaltu twierdzą, że jeśli wskaźnik wilgotności jest uważany za wyrób w definicji WE i dlatego nie ma wymagań dotyczących etykietowania, jeśli zawartość chlorku kobaltu(II) w masie wynosi <0,25%. T (toksyczny) i R49 (wdychanie może powodować raka) nie ma zastosowania, ponieważ wskaźnik wilgotności nie może być wdychany.
- Z drugiej strony, jeśli uznamy HIC za substancję chemiczną (wskazującą plamkę) na papierowej karcie (wskaźniku) konsekwencją jest to, że należy go uznać za preparat, stężenie graniczne zmienia się na 0,01% wag. chlorku kobaltu(II), i powinien być oznaczony jako T (toksyczny) i R49 (wdychanie może powodować raka). Co więcej, jasne jest, że HIC nie może być wdychany, ale rozporządzenie dotyczy zawartości substancji i jest ostrzeżeniem dla użytkowników: np. jeśli wiedzą, że w HIC znajdują się szkodliwe substancje, nie pozbędą się ich poprzez spalenie .
HIC w opakowaniach półprzewodnikowych
W przypadku opakowań półprzewodnikowych, HIC są pakowane wewnątrz torebki wrażliwej na wilgoć wraz ze środkiem osuszającym, aby pomóc w określeniu poziomu wilgoci, na którą narażone były urządzenia wrażliwe na wilgoć. Poziomy wrażliwości na wilgoć są oznaczone liczbą jak na MSL .
JEDEC jest wiodącym twórcą standardów dla przemysłu półprzewodnikowego i wyznacza standardy dla opakowań półprzewodnikowych. Najnowsza norma JEDEC, Joint Industry Standard for the „Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Surface Mount Devices” J-STD-033B, określa stosowanie i testowanie kart wskaźników wilgotności w suchym opakowaniu półprzewodników . HIC są stosowane w celu zapewnienia, że wilgotność w suchych zapakowanych workach barierowych pozostaje na bezpiecznym poziomie dla urządzeń montowanych na powierzchni. W przeszłości wskaźniki HIC dla przemysłu półprzewodnikowego wskazywały wilgotność względną (RH) na poziomie 5, 10 i 15 procent. Jednak JEDEC i IPC wypuściły JSTD-033B w 2005 roku, który wymaga użycia HIC, który wskazuje poziomy RH 5, 10 i 60 procent.
Norma obejmuje stosowanie i testowanie kart wskaźnika wilgotności (HI) w suchym opakowaniu półprzewodników. Metody opisane w normie są zalecane przez JEDEC i IPC w celu uniknięcia uszkodzeń - takich jak pęknięcia i rozwarstwienia - spowodowanych absorpcją wilgoci i narażeniem na temperatury rozpływu lutu, które mogą spowodować pogorszenie wydajności i niezawodności.
Postanowienia J-STD-003B stanowią:
- HIC muszą być zgodne ze standardowym, minimalnym poziomem jakości zmiany koloru, aby zapewnić dokładność i czytelność między stanami suchymi i wilgotnymi: Metoda testowa miernika koloru określa ilościowo dokładność HIC zmiany koloru. Poziomy, jak określono w wersji J-STD-033B, wymagają „znaczącej, zauważalnej zmiany koloru” pomiędzy odnotowanymi poziomami wilgotności. Producenci są zobowiązani do testowania swoich kart pod kątem dokładności za pomocą urządzenia kolorymetrycznego i są zobowiązani do dostarczenia klientowi raportu z testu potwierdzającego, że HIC spełnia wymagania jakościowe.
- HIC muszą wskazywać poziomy wilgotności dla części MSL 2, oprócz MSL 2a do 5a: Podczas gdy poprzednie karty wykorzystywały 5-, 10- i 15-procentowy system punktowy wilgotności względnej do wskazywania poziomów ekspozycji na wilgoć dla komponentów wrażliwych na wilgoć, nowe W HIC pojawią się teraz spoty wskazujące 5, 10 i 60 proc. Zmiana oznacza, że karty będą teraz wskazywać ekspozycję na wilgoć dla urządzeń MSL poziomu 2. Ponadto dodatni odczyt w 60-procentowym miejscu wskazuje, że karty nie należy ponownie używać, ponieważ wysoki poziom wilgotności, na działanie której karta była narażona, zagrozi dokładności odczytów przy niskich (5% wilgotności względnej). Karty 5-, 10-, 60-procentowe są zgodne z Dyrektywą Rady Wspólnoty Europejskiej 67/548/EWG, o ile nie zawierają więcej niż odpowiednia ilość chlorku kobaltu.
Pełny standard można pobrać z JEDEC .
Nieodwracalne karty wskaźnika maksymalnej wilgotności
Karty wskaźnika maksymalnej wilgotności to specjalnie zaprojektowane karty, które monitorują poziomy wilgotności względnej w zastosowaniach związanych z ładunkiem. Każdy poziom wilgotności jest reprezentowany przez niebieski kryształ, który rozpuszcza się, tworząc dużą niebieską plamę, która wyraźnie wskazuje najwyższy osiągnięty poziom wilgotności względnej. Karty wskaźnika maksymalnej wilgotności są nieodwracalne, wskazując tym samym najwyższy poziom wilgotności, jakiego doświadczył ładunek podczas podróży, niezależnie od aktualnego (potencjalnie niższego) poziomu wilgotności. Zapewniają jasny, nieomylny sposób określenia, czy towary były narażone na szkodliwy poziom wilgoci podczas transportu. Jeśli karta wskazuje na wysoki poziom wilgotności, użytkownicy wiedzą, że powinni sprawdzić swoje produkty pod kątem ewentualnych uszkodzeń lub odpowiednio zmodyfikować sposób pakowania. Dostępnych jest kilka technologii.