¿En qué consiste el Preacondicionamiento?

El preacondicionamiento es un proceso obligatorio que simula el estrés que un componente sufre durante los procesos de ensamblaje del sistema final, especialmente durante el montaje en placa (como el reflow soldering). El objetivo es preparar el dispositivo para las pruebas de calificación posteriores, asegurando que los resultados reflejen con precisión las condiciones reales de uso.

Específicamente, el preacondicionamiento expone al dispositivo a ciclos de humedad, temperatura y soldadura antes de someterlo a pruebas como THB, HAST, TC, HTSL, entre otras.

¿Para qué sirve?

El preacondicionamiento sirve para:

  1. Simular el proceso de montaje en tarjetas de circuito impreso (PCBA), incluyendo:

    • Absorción de humedad.

    • Choques térmicos durante el reflow.

  2. Reproducir condiciones reales antes de pruebas de vida o ambientales.

  3. Detectar defectos latentes que podrían activarse tras la exposición a calor o humedad.

  4. Evaluar la resistencia del encapsulado, del die attach y de la interfaz chip-paquete frente a la humedad y a la expansión térmica.

  5. Evitar resultados falsamente optimistas en las pruebas de confiabilidad posteriores.

¿Cómo se realiza?

El preacondicionamiento sigue una secuencia específica, generalmente basada en la norma JEDEC JESD22-A113. Las etapas más comunes son:

1. Horneado inicial (Initial Bake)

  • Elimina la humedad interna que podría causar delaminación o "popcorn cracking".

  • Condiciones típicas:

    • 125 °C por 24 horas

    • Alternativamente: 40 °C por ≥192h (según el nivel MSL)

2. Condicionamiento de humedad (Moisture Soak)

  • Simula la exposición del dispositivo al ambiente antes del montaje.

  • Basado en el nivel de sensibilidad a la humedad (Moisture Sensitivity Level, MSL).

  • Condiciones típicas:

    • 85% HR a 30 °C o 60% HR a 60 °C

    • Duraciones: de 192h a 24h según el MSL (de MSL1 a MSL6)

3. Simulación de soldadura por reflujo (Reflow Simulation)

  • Exposición del dispositivo a ciclos térmicos simulando el paso por horno de soldadura.

  • Generalmente se aplican 3 ciclos de reflow, típicamente conforme al perfil JEDEC J-STD-020:

    • Pico de temperatura: 245 °C a 260 °C

    • Tiempo por encima de 217 °C: 60–90 segundos

Durante esta etapa es donde ocurren muchos de los daños críticos por delaminación si el encapsulado no está bien diseñado o si el manejo de humedad fue inadecuado.

4. Evaluación post-preacondicionamiento (opcional)

  • Pruebas eléctricas o de inspección óptica para confirmar la integridad del paquete antes de continuar con las pruebas principales.

¿Qué tipo de fallas detecta?

El preacondicionamiento no es una prueba destructiva por sí misma, pero está diseñado para provocar fallas latentes bajo condiciones realistas. Entre las fallas más comunes que puede ayudar a revelar:

  • Delaminación entre el encapsulante y el sustrato o el dado.

  • Popcorn cracking (fractura explosiva del encapsulado debido a vaporización interna de humedad).

  • Interrupciones en las conexiones wire bond.

  • Microgrietas en el die o el paquete.

  • Oxidación o corrosión inicial en terminales expuestas.

  • Separación del die attach o lifting del dado.

¿Por qué es necesaria?

El preacondicionamiento es esencial porque:

  1. Replica procesos reales de ensamblaje: un componente puede estar calificado en fábrica, pero fallar al ser montado si no es resistente al reflow.

  2. Permite realizar pruebas posteriores más realistas: si un componente sobrevive THB, HAST o TC sin haber sido preacondicionado, el resultado puede ser poco representativo.

  3. Reduce el riesgo de fallas en el cliente final, especialmente en industrias como la automotriz, médica y aeroespacial, donde las condiciones extremas son comunes.

¿Quién lo utiliza?

  • Fabricantes de semiconductores que desean calificar nuevos paquetes o procesos.

  • Laboratorios de prueba de terceros (OSATs o Labs) durante fases de certificación.

  • Fabricantes de productos electrónicos para verificar compatibilidad de paquetes con su proceso de montaje.

  • Clientes de alta confiabilidad, como los sectores:

    • Automotriz (AEC-Q100)

    • Médico

    • Aeroespacial

    • Militar

Estándares relacionados

  • JEDEC JESD22-A113 – Preconditioning of Nonhermetic Surface Mount Devices Prior to Reliability Testing

  • JEDEC J-STD-020 – Moisture/Reflow Sensitivity Classification

  • IPC/JEDEC J-STD-033 – Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Reflow Sensitive Devices

  • MIL-STD-883 – Para versiones militares o aeroespaciales

Caso real

Una empresa de semiconductores desea calificar un nuevo encapsulado QFN para sensores de presión usados en automóviles.

  1. Se seleccionan 100 dispositivos y se hornean 24h a 125 °C.

  2. Luego se colocan en cámara húmeda: 85% HR, 30 °C durante 192h (MSL3).

  3. Se someten a 3 ciclos de reflow con pico de 260 °C.

  4. Posteriormente, se ejecuta la prueba THB (Temperature Humidity Bias).

  5. Resultado: 7 dispositivos fallan por delaminación interna visible bajo rayos X y C-SAM.

Gracias al preacondicionamiento, la empresa descubre un problema de adhesión del die attach y rediseña el proceso antes de liberar el producto.