Tarjeta indicadora de humedad

Una tarjeta indicadora de humedad (HIC) es una tarjeta impregnada con una sustancia química sensible a la humedad que cambia de color cuando se supera la humedad relativa (HR) indicada. Generalmente se utiliza papel secante impregnado con cloruro de cobalto(II) ; entre las alternativas menos tóxicas se incluyen otras sustancias químicas como el cloruro de cobalto 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 diversas configuraciones y se utilizan en numerosas aplicaciones, especialmente en el ámbito militar y en la industria de semiconductores. Las tarjetas indicadoras de humedad más comunes cambian de color, pasando del azul (menor que el nivel de humedad relativa indicado) al rosa (mayor que el nivel de humedad relativa indicado).

Durante la Segunda Guerra Mundial se identificó la necesidad de un indicador de humedad de fácil lectura que no se dañara por vibraciones. El contralmirante Welford C. Blinn, entonces 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 métodos de embalaje deficientes, estaba causando corrosión y daños por humedad. Una cantidad significativa de municiones llegaba en condiciones inestables y, en ocasiones, peligrosas. Tras el fin de la guerra, el contralmirante Blinn fue destinado a Washington, D.C., donde tuvo acceso a un laboratorio de investigación. Allí desarrolló el concepto del primer indicador de humedad por cambio de color, un método sencillo de control de humedad.

A finales de la década de 1940, la humedad relativa en el rango del 30-35% era motivo de preocupación, ya que es entonces cuando puede comenzar la corrosión. Durante 50 años, las aplicaciones industriales y militares de indicadores de humedad con cambio de color fueron el principal mercado para estos productos. El almirante R. Blinn fundó Humidial Corporation en 1948. Fue adquirida por Süd-Chemie, Inc. en 1989 para comercializar indicadores de humedad, y posteriormente adquirida por Clariant.

A mediados de la década de 1980, los descendientes del almirante R. Blinn comenzaron a colaborar 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 de circuito impreso puede provocar el "pop corning" de ciertos tipos de encapsulados de montaje superficial si se almacenan o manipulan incorrectamente. Esta delaminación del encapsulado se produce cuando el exceso de humedad en su interior se expande como resultado de los rápidos cambios térmicos experimentados durante las operaciones de soldadura. Como consecuencia, en 1989 se publicó un estándar industrial para el encapsulado de semiconductores. Este estándar, EIA 583, exigía el uso de una tarjeta indicadora de humedad que detectara niveles tan bajos como el 10 %. El cumplimiento de los métodos adecuados de almacenamiento y manipulación redujo de inmediato el número de fallos en los semiconductores, pero con el paso de los años se hizo evidente que incluso niveles de humedad inferiores al 10 % eran perjudiciales para los dispositivos. Una vez más, el Consejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos (JEDEC), ahora organismo de normalización para el empaquetado 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, que especificaba una tarjeta indicadora con un cambio de color del 5 %, 10 % y 15 %.

Las tarjetas indicadoras de humedad también están presentes en muchos dispositivos electrónicos pequeños, desde teléfonos celulares hasta computadoras portátiles, con el fin de alertar al fabricante si el dispositivo ha estado expuesto a altos niveles de humedad. En muchos casos, esto anula o modifica los términos de la garantía del dispositivo. ^{[ 2 ]}

La especificación militar estadounidense anterior, Mil-I-8835A, era la que regía la especificación para las tarjetas indicadoras de humedad. Dicha tarjeta también se especifica para su uso en J-STD-033 , que es el estándar para la manipulación, el embalaje, el envío y el uso de dispositivos de montaje superficial sensibles a la humedad y al reflujo . Este es un estándar conjunto desarrollado por el Consejo Conjunto de Ingeniería de Dispositivos Electrónicos (JEC) y el IPC , y se utiliza en el encapsulado de semiconductores.

Se han desarrollado varios sistemas sin cobalto. ^{[ 3 ]} En el mercado se pueden encontrar indicadores de humedad (IHM) sin cobalto de color marrón a azul claro ( a base de cloruro de cobre(II) ). En 1998, la Comunidad Europea (CE) emitió una directiva que clasifica los artículos que contienen cloruro de cobalto(II) entre 0,01 y 1 % p/p como T (tóxicos), con la correspondiente frase 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) . 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 para los requisitos de etiquetado. Hay dos maneras de considerar la directiva de la CE:

1. Los productores de indicadores de humedad a base de cobalto afirman que, si un indicador de humedad se considera un artículo según la definición de la CE y, por lo tanto, no requiere etiquetado, si su contenido de cloruro de cobalto(II) en peso es inferior al 0,25 %, las clasificaciones T (tóxico) y R49 (puede provocar cáncer por inhalación) no son aplicables, ya que un indicador de humedad no se puede inhalar.
2. Por otro lado, si se considera el HIC como una sustancia química (punto indicador) en una tarjeta de papel (indicador), la consecuencia es que debe considerarse una preparación, 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, es evidente que el HIC no se puede inhalar, pero la normativa se refiere al contenido de sustancias y sirve de advertencia para los usuarios: por ejemplo, si saben que el HIC contiene sustancias nocivas, no lo desecharán quemándolo.

Para el encapsulado de semiconductores, los HIC se empaquetan dentro de una bolsa sensible a la humedad, junto con el desecante, para ayudar a determinar el nivel de humedad al que han estado expuestos 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 de estado sólido y establece los estándares para el empaquetado de semiconductores. El estándar JEDEC más reciente, el Estándar Conjunto de la Industria para la "Manipulación, Empaquetado, Envío y Uso de Dispositivos de Montaje Superficial Sensibles a la Humedad/Reflujo" J-STD-033B, establece el uso y las pruebas de tarjetas indicadoras de humedad en el empaquetado en seco de semiconductores. Las tarjetas indicadoras de humedad 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 superficial. Anteriormente, las tarjetas indicadoras de humedad para la industria de semiconductores indicaban niveles de humedad relativa (HR) del 5%, 10% y 15%. Sin embargo, JEDEC e IPC publicaron el JSTD-033B en 2005, que exige el uso de una tarjeta indicadora de humedad que indique niveles de HR del 5%, 10% y 60%.

La norma incluye el uso y la comprobación de tarjetas indicadoras de humedad (HI) en el embalaje en seco de semiconductores. Los métodos descritos en la norma, establecidos por JEDEC e IPC, tienen como objetivo evitar daños —como grietas y delaminación— derivados de la absorción de humedad y la exposición a temperaturas de reflujo de soldadura que pueden provocar una disminución del rendimiento y la fiabilidad.

Las estipulaciones de J-STD-003B establecen:

1. Las tarjetas HIC deben cumplir con un nivel mínimo de calidad de cambio de color para garantizar la precisión y legibilidad entre estados secos y húmedos: el método de prueba del colorímetro determina cuantitativamente la precisión de las tarjetas HIC con cambio de color. Los niveles, tal como se describen en la revisión J-STD-033B, requieren un cambio de color significativo y perceptible entre los niveles de humedad indicados. Los fabricantes deben probar la precisión de sus tarjetas utilizando un colorímetro y proporcionar un informe de prueba al cliente que certifique que la tarjeta HIC cumple con los requisitos de calidad.
2. Las tarjetas HIC deben indicar los niveles de humedad para las piezas MSL 2, además de las MSL 2a a 5a: mientras que las tarjetas anteriores utilizaban un sistema de puntos de humedad relativa del 5%, 10% y 15% para indicar los niveles de exposición a la humedad de los componentes sensibles a la humedad, la nueva tarjeta HIC ahora contará con puntos que indican el 5%, el 10% y el 60%. Este 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% indica que las tarjetas no deben reutilizarse, ya que los altos niveles de humedad a los que han estado expuestas comprometerán la precisión de las lecturas bajas (5% HR). Las tarjetas del 5%, 10% y 60% cumplen con la Directiva 67/548/CEE del Consejo de la Comunidad Europea, siempre que no contengan más de la cantidad aplicable de cloruro de cobalto.

El estándar completo se puede descargar desde JEDEC .

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 una gran mancha azul que indica claramente el nivel máximo de humedad relativa alcanzado. Estas tarjetas son irreversibles, lo que indica el nivel máximo de humedad experimentado por la carga durante su viaje, independientemente de los niveles de humedad actuales (que podrían ser inferiores). 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 altos niveles de humedad, los usuarios saben que deben revisar sus productos para detectar posibles daños o modificar su régimen de embalaje en consecuencia. Existen varias tecnologías disponibles. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

• Indicador de tiempo y temperatura
• Registrador de datos de temperatura