بطاقة مؤشر الرطوبة

بطاقة مؤشر الرطوبة (HIC) هي بطاقة مشبعة بمادة كيميائية حساسة للرطوبة، يتغير لونها عند تجاوز الرطوبة النسبية المحددة. عادةً ما تكون هذه البطاقة عبارة عن ورق ترشيح مشبع بقاعدة كلوريد الكوبالت (II) . تشمل البدائل الأقل سمية مواد كيميائية أخرى مثل قاعدة كلوريد خالية من الكوبالت وأغشية بلاستيكية خاصة. ^{[ 1 ]}

تُعدّ مؤشرات الرطوبة وسيلةً غير مكلفة لتحديد أو قياس نسبة الرطوبة داخل العبوات المغلقة . وهي متوفرة بأشكالٍ عديدة وتُستخدم في تطبيقاتٍ كثيرة، لا سيما في المجالين العسكري وأشباه الموصلات. وتتغير ألوان بطاقات مؤشرات الرطوبة الأكثر شيوعًا من الأزرق (أقل من مستوى الرطوبة النسبية المُشار إليه) إلى الوردي (أعلى من مستوى الرطوبة النسبية المُشار إليه).

خلال الحرب العالمية الثانية، برزت الحاجة إلى مؤشر رطوبة سهل القراءة لا يتأثر بالاهتزازات. أبدى الأدميرال ويلفورد سي. بلين، قائد المدمرة الأمريكية "يو إس إس بوب" آنذاك ، قلقه إزاء سوء حالة الأسلحة والذخائر الواصلة إلى مسرح عمليات المحيط الهادئ. فقد تسببت الرطوبة العالية في جنوب المحيط الهادئ، إلى جانب سوء أساليب التغليف، في التآكل والتلف الناتج عن الرطوبة. وكانت كميات كبيرة من الذخائر تصل في حالة غير مستقرة، بل وخطيرة في بعض الأحيان. بعد انتهاء الحرب، نُقل الأدميرال بلين إلى واشنطن العاصمة، حيث أتيحت له فرصة استخدام مختبر أبحاث. وهناك، طور فكرة أول مؤشر رطوبة متغير اللون، وهو عبارة عن طريقة بسيطة لمراقبة الرطوبة، إما بقبولها أو رفضها .

في أواخر أربعينيات القرن العشرين، كانت الرطوبة النسبية في نطاق 30-35% مصدر قلق، لأنها الفترة التي يبدأ عندها التآكل. ولمدة خمسين عامًا، شكلت التطبيقات الصناعية والعسكرية لمؤشرات الرطوبة متغيرة اللون السوق الرئيسي لهذه المنتجات. أسس الأميرال ر. بلين شركة هيوميديال عام 1948، واستحوذت عليها شركة سود-كيمي عام 1989 لتسويق مؤشرات الرطوبة، ثم استحوذت عليها لاحقًا شركة كلاريانت.

في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، بدأ أحفاد الأميرال بلين العمل مع مصنعي أشباه الموصلات لتحديد مشكلة "فرقعة الحواف" وحلها. وقد تبين أن لحام أشباه الموصلات، المعروفة أيضًا بالأجهزة، على اللوحات الإلكترونية قد يتسبب في "فرقعة الحواف" لأنواع معينة من عبوات التثبيت السطحي إذا لم يتم تخزينها أو التعامل معها بشكل صحيح. يحدث هذا الانفصال في العبوة نتيجة لتمدد الرطوبة الزائدة داخلها بسبب التغيرات الحرارية السريعة التي تحدث أثناء عمليات اللحام. ونتيجة لذلك، تم إصدار معيار صناعي شامل لتغليف أشباه الموصلات في عام 1989. هذا المعيار، EIA 583، دعا إلى استخدام بطاقة مؤشر الرطوبة التي تشير إلى مستويات منخفضة تصل إلى 10%. أدى الالتزام بأساليب التخزين والمناولة الصحيحة إلى تقليل عدد حالات فشل أشباه الموصلات على الفور، ولكن مع مرور الوقت، أصبح من الواضح أن حتى مستويات الرطوبة الأقل من 10% ضارة بالأجهزة. مرة أخرى، توجه المجلس المشترك لهندسة أجهزة الإلكترونيات (JEDEC)، وهو الآن الهيئة المسؤولة عن وضع معايير تغليف أشباه الموصلات، إلى أحفاد آر. أدميرال بلين لتحديد جدوى تصنيع مؤشر رطوبة يتغير لونه بنسبة 5%. وفي أبريل 1999، صدر المعيار J-STD-033 متضمنًا بطاقة مؤشر تغير اللون بنسب 5% و10% و15%.

توجد بطاقات مؤشر الرطوبة أيضاً في العديد من الأجهزة الإلكترونية الصغيرة، بدءاً من الهواتف المحمولة وصولاً إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة، وذلك لتنبيه الشركة المصنعة إلى تعرض الجهاز لمستويات عالية من الرطوبة. وفي كثير من الحالات، يؤدي ذلك إلى إلغاء أو تغيير شروط تغطية الضمان للجهاز. ^{[ 2 ]}

كانت المواصفة العسكرية الأمريكية السابقة Mil-I-8835A هي المواصفة المعتمدة لبطاقة مؤشر الرطوبة. كما تُستخدم هذه البطاقة في معيار J-STD-033 ، وهو المعيار الخاص بمعالجة وتغليف وشحن واستخدام الأجهزة الحساسة للرطوبة/إعادة التدفق المثبتة على السطح . هذا معيار مشترك طوره مجلس هندسة الأجهزة الإلكترونية المشترك (JED) وهيئة التغليف الدولية (IPC) ، ويُستخدم في تغليف أشباه الموصلات.

تم تطوير العديد من الأنظمة الخالية من الكوبالت. ^{[ 3 ]} تتوفر في الأسواق بطاقات مؤشر الرطوبة الخالية من الكوبالت، ذات اللون البني إلى الأزرق الفاتح ( قاعدة كلوريد النحاس الثنائي) . في عام 1998، أصدرت المفوضية الأوروبية توجيهًا يصنف المواد التي تحتوي على كلوريد الكوبالت الثنائي بنسبة 0.01 إلى 1% وزن/وزن على أنها مواد سامة (T)، مع عبارة R المقابلة R49 (قد يسبب السرطان عند استنشاقه). ونتيجة لذلك، طورت بعض الشركات بطاقات مؤشر رطوبة جديدة خالية من الكوبالت.

رغم إصدار المفوضية الأوروبية لهذا التوجيه، إلا أنها لم تحظر مؤشرات الرطوبة التي تحتوي على كلوريد الكوبالت (II) . يقتصر تأثير توجيه المفوضية الأوروبية على بطاقات مؤشرات الرطوبة التي تحتوي على كلوريد الكوبالت (II) على تحديد عتبات متطلبات وضع الملصقات. ويمكن النظر إلى توجيه المفوضية الأوروبية من زاويتين:

1. تُفيد الشركات المُصنّعة لمؤشرات الرطوبة القائمة على الكوبالت بأنه إذا اعتُبر مؤشر الرطوبة سلعةً ضمن تعريف المفوضية الأوروبية، فلا يخضع لمتطلبات وضع الملصقات إذا كان محتوى كلوريد الكوبالت (II) فيه أقل من 0.25% وزناً. ولا ينطبق عليه تصنيف T (سام) وR49 (قد يُسبب السرطان عند استنشاقه) لأن مؤشر الرطوبة لا يُستنشق.
2. من جهة أخرى، إذا اعتبرنا مادة HIC مادة كيميائية (بقعة مؤشرة) على بطاقة ورقية (مؤشرة)، فإن النتيجة هي اعتبارها مستحضراً، وتغيير حد التركيز إلى 0.01% من وزن كلوريد الكوبالت (II)، ووضع ملصق عليها يشير إلى أنها سامة (T) وقد تسبب السرطان عند استنشاقها (R49). علاوة على ذلك، من الواضح أن مادة HIC غير قابلة للاستنشاق، ولكن اللوائح تتعلق بمحتوى المواد وتُعدّ بمثابة تحذير للمستخدمين: على سبيل المثال، إذا علموا بوجود مواد ضارة في مادة HIC، فلن يتخلصوا منها بالحرق.

في تغليف أشباه الموصلات، تُعبأ الدوائر المتكاملة عالية الحساسية للرطوبة (HICs) داخل أكياس حساسة للرطوبة، مع مادة مجففة، للمساعدة في تحديد مستوى الرطوبة التي تعرضت لها هذه الأجهزة. ويُشار إلى مستويات حساسية الرطوبة برقم كما هو موضح في قائمة مستويات حساسية الرطوبة (MSL) .

تُعدّ JEDEC الجهة الرائدة في تطوير معايير صناعة أشباه الموصلات، وهي المسؤولة عن وضع معايير تغليف أشباه الموصلات. ويحدد أحدث معيار صادر عن JEDEC، وهو المعيار الصناعي المشترك لـ "معالجة وتعبئة وشحن واستخدام أجهزة التثبيت السطحي الحساسة للرطوبة/إعادة التدفق" J-STD-033B، استخدام واختبار بطاقات مؤشر الرطوبة في التغليف الجاف لأشباه الموصلات. تُستخدم هذه البطاقات لضمان بقاء الرطوبة داخل أكياس التغليف الجافة ضمن مستويات آمنة لأجهزة التثبيت السطحي. في السابق، كانت بطاقات مؤشر الرطوبة في صناعة أشباه الموصلات تُشير إلى مستويات رطوبة نسبية تبلغ 5% و10% و15%. إلا أن JEDEC وIPC أصدرتا المعيار JSTD-033B في عام 2005، والذي يُلزم باستخدام بطاقة مؤشر رطوبة تُشير إلى مستويات رطوبة نسبية تبلغ 5% و10% و60%.

يتضمن المعيار استخدام واختبار بطاقات مؤشر الرطوبة في التغليف الجاف لأشباه الموصلات. وتُحدد كل من JEDEC وIPC الطرق الموضحة في المعيار لتجنب التلف الناتج عن امتصاص الرطوبة والتعرض لدرجات حرارة إعادة تدفق اللحام، مثل التشققات وانفصال الطبقات، مما قد يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية والموثوقية.

تنص شروط معيار J-STD-003B على ما يلي:

1. يجب أن تلتزم بطاقات المعلومات الحرارية (HICs) بمستوى جودة قياسي أدنى لتغير اللون لضمان الدقة وسهولة القراءة بين حالتي الجفاف والرطوبة: تحدد طريقة اختبار مقياس الألوان دقة بطاقات المعلومات الحرارية ذات تغير اللون كميًا. تتطلب المستويات، كما هو موضح في مراجعة J-STD-033B، "تغيرًا ملحوظًا وواضحًا في اللون" بين مستويات الرطوبة المحددة. يُلزم المصنّعون باختبار بطاقاتهم للتأكد من دقتها باستخدام جهاز قياس الألوان، وتقديم تقرير اختبار للعميل يُثبت أن بطاقة المعلومات الحرارية تفي بمتطلبات الجودة.
2. يجب أن تُشير بطاقات قياس الرطوبة (HICs) إلى مستويات الرطوبة لأجزاء MSL 2، بالإضافة إلى MSL 2a إلى 5a: فبينما كانت البطاقات السابقة تستخدم نظام نقاط الرطوبة النسبية بنسب 5% و10% و15% للإشارة إلى مستويات تعرض المكونات الحساسة للرطوبة، ستتضمن بطاقة HIC الجديدة نقاطًا تُشير إلى نسب 5% و10% و60%. ويعني هذا التغيير أن البطاقات ستُشير الآن إلى تعرض الأجهزة من المستوى 2 من MSL للرطوبة. بالإضافة إلى ذلك، تُشير القراءة الإيجابية على نقطة 60% إلى أنه لا ينبغي إعادة استخدام البطاقات، لأن مستويات الرطوبة العالية التي تعرضت لها البطاقة ستُؤثر سلبًا على دقة القراءات المنخفضة (5% رطوبة نسبية). وتتوافق بطاقات 5% و10% و60% مع توجيهات مجلس الجماعة الأوروبية 67/548/EEC طالما أنها لا تحتوي على كمية من كلوريد الكوبالت تتجاوز الكمية المسموح بها.

يمكن تنزيل المعيار الكامل من JEDEC .

بطاقات مؤشر الرطوبة القصوى هي بطاقات مصممة خصيصًا لمراقبة مستويات الرطوبة النسبية في الشحنات. يُمثل كل مستوى من مستويات الرطوبة ببلورة زرقاء تذوب لتُكوّن بقعة زرقاء كبيرة تُشير بوضوح إلى أعلى مستوى رطوبة نسبية تم بلوغه. هذه البطاقات غير قابلة للعكس، مما يُشير إلى أعلى مستوى رطوبة تعرضت له الشحنة أثناء رحلتها، بغض النظر عن مستويات الرطوبة الحالية (التي قد تكون أقل). تُوفر هذه البطاقات وسيلة واضحة لا لبس فيها لتحديد ما إذا كانت البضائع قد تعرضت لمستويات رطوبة ضارة أثناء رحلتها. إذا أشارت البطاقة إلى مستويات رطوبة عالية، يعرف المستخدمون ضرورة فحص منتجاتهم بحثًا عن أي تلف محتمل أو تعديل إجراءات التغليف وفقًا لذلك. تتوفر عدة تقنيات في هذا المجال. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

• مؤشر الوقت ودرجة الحرارة
• مسجل بيانات درجة الحرارة