Przechowywanie Komponentów Elektronicznych: Wilgotność i Normy
- Szczegóły
Wilgotność jest jednym z kluczowych czynników środowiskowych wpływających na jakość i niezawodność montażu powierzchniowego (SMT) w nowoczesnej produkcji elektroniki. Nieprawidłowe zarządzanie poziomem wilgotności może prowadzić do awarii sprzętu elektronicznego, a także skrócenia jego żywotności.
Wpływ Wilgoci na Komponenty Elektroniczne
Przechowywanie komponentów w środowisku o wyższej wilgotności wiąże się z ryzykiem ich korozji, w szczególności wyprowadzeń. Co może mieć daleko idące konsekwencje, naruszenia przez zakład produkcyjny standardów IPC w jakich zlecenie zostało zakontraktowane.
Komponenty MSD absorbują parę poprzez swoją powierzchnię, która następnie dociera do ich materiału bazowego w procesie dyfuzji. Kiedy adsorpcja pary przekracza wartości krytyczne, podczas procesu lutowania wystąpią typowe techniczne problemy, związane z jej uwolnieniem. Problemy te obejmują takie zjawiska jak wewnętrzne rozwarstwienie półprzewodników, uszkodzenia wiązań czy tzw. popcorning.
Efekt Popcornu i Inne Uszkodzenia Termomechaniczne
Popcorning to jedno z najpowszechniejszych uszkodzeń komponentów elektronicznych wywołanych absorpcją wilgoci. Zjawisko to polega na nagłym wzroście ciśnienia pary wodnej wewnątrz obudowy podczas procesu lutowania. W efekcie komponent może ulec widocznemu pęknięciu, rozszczelnieniu lub wewnętrznemu rozwarstwieniu.
Oprócz popcorningu, inne formy uszkodzeń termomechanicznych obejmują lokalne naprężenia, deformacje wewnętrzne, pęknięcia mikrostruktur oraz zmniejszenie przewodności między wyprowadzeniami komponentu. Dla płytek PCB szczególnym zagrożeniem są wahania temperatury w obecności wilgoci, które mogą powodować powstawanie szczelin między warstwami, zmniejszenie odporności dielektrycznej i degradację połączeń lutowniczych.
Przeczytaj także: Granat: świeżość i smak
Znaczenie Wilgotności dla Niezawodności Sprzętu Elektronicznego
Niezawodność sprzętu elektronicznego stanowi kluczowy parametr jakościowy zarówno w środowisku przemysłowym, jak i konsumenckim. Nawet pojedyncze komponenty narażone na wilgoć mogą mieć negatywny wpływ na całość funkcjonowania układu.
Przekroczenie dopuszczalnego poziomu wilgotności w komponentach może prowadzić do zmniejszenia żywotności urządzenia, niestabilności napięć, a w skrajnych przypadkach nawet do całkowitej awarii systemu.
Normy Przechowywania Komponentów Elektronicznych
Przyjęte w branży produkcji i serwisu pakietów elektronicznych normy IPC określają optymalną wartość względnej wilgotności otoczenia w jakich powinny być przechowywane komponenty i płytki PCB na 5% (RH - Relative Humidity). Produkcja i serwis elektroniki standardowo przebiegają w środowiskach o wilgotności powietrza 40‒60% RH.
Oznacza to konieczność miejscowego obniżenia wilgotności powietrza przestrzeniach magazynowania komponentów. Do tego celu powszechnie stosuje się szafy osuszające. Urządzenia tego rodzaju zapewniają i utrzymują niski stopień wilgotności niezbędny dla zachowania bezpieczeństwa komponentów w zgodzie ze standardami IPC.
Szafy Osuszające REECO
Szafy osuszające REECO są proste w obsłudze i nie wymagają obsługi z poziomu panelu. Zastosowanie szaf osuszających REECO nie ogranicza się do przechowywania w nich komponentów elektronicznych.
Przeczytaj także: Wpływ wilgotności na aluminium
Obudowy szaf osuszających REECO zostały wyprodukowane z wysokogatunkowej blachy o grubości 1 mm pokrytej twardą powłoką z żywicy oraz z hartowanego szkła o grubości 3,2 mm. Urządzenia nie bazują na osuszaniu poprzez podgrzewanie, dzięki czemu są energooszczędne i nie ma w nich problemu kondensacji pary wodnej oraz hałasu wentylatora. Średni pobór mocy urządzenia to 47 W, maksymalny 370 W.
Klasyfikacja MSL - Poziomy Wrażliwości na Wilgoć
Poziom wrażliwości komponentu elektronicznego na wilgoć jest parametrem krytycznym w zarządzaniu jakością montażu SMT. W tym celu w przemyśle elektronicznym stosuje się klasyfikację MSL, czyli Moisture Sensitivity Level.
MSL określa maksymalny czas, przez jaki komponent może przebywać w środowisku o kontrolowanej wilgotności względnej, zanim konieczne stanie się jego ponowne suszenie. Klasyfikacja ta została ustandaryzowana i jest szeroko stosowana w dokumentacjach producentów oraz normach IPC. Zrozumienie zasad działania MSL oraz ich prawidłowe wdrażanie ma bezpośrednie przełożenie na niezawodność gotowych urządzeń elektronicznych. Im wyższa liczba MSL, tym bardziej wrażliwe na wilgoć są dane komponenty i tym bardziej rygorystyczne muszą być procedury ich magazynowania i przygotowania do montażu.
Poziomy MSL
- MSL 4 - dość wrażliwe na wilgoć, wymagają ostrożnego obchodzenia się i przechowywania w torbie z barierą przeciwwilgociową (MBB); już po upływie 72 godzin powinny być poddane procesowi wygrzewania elementów.
- MSL 5 - bardzo wrażliwe na wilgoć, wymagają rygorystycznego podejścia i przechowywania w torbie z barierą przeciwwilgociową (MBB); po upływie określonego czasu 48 godzin powinny być poddane procesowi wygrzewania elementów.
- MSL 6 - wyjątkowo wrażliwe na wilgoć, muszą być przechowywane wyłącznie w suchych miejscach, zawsze wymagane jest wygrzewanie elementów przed montażem.
Precyzyjne informacje na temat wrażliwości komponentu na wilgoć znajdują się na etykiecie ostrzegawczej prawidłowo zapakowanych elementów.
Wskaźnik Wilgotności (HIC)
W opakowaniach komponentów z MSL od 2 do 5a wymagane jest umieszczenie wskaźnika wilgotności HIC (ang. Humidity Identification Card).
Przeczytaj także: Przechowywanie jaj konsumpcyjnych
HIC to karta z procentowo oznaczonymi polami, które są nasączone środkiem chemicznym, który zmienia kolor w zależności od poziomu wilgoci. To pozwala na odczyt poziomu wilgotności względnej.
Ten wskaźnik powinien:
- Posiadać minimum 3 punkty (pola) dla poziomów wilgoci: 5%RH, 10%RH, 60%RH.
- Posiadać opisane na wskaźniku zasady zmiany kolorów
- Przy 60%RH i 30°C wskaźnik 5%RH powinien zmienić barwę od 4 do 7 minut.
- Przy 60%RH i 30°C wskaźnik 10%RH powinien zmienić barwę od 6 do 10 minut.
Pakowanie i Przechowywanie Zgodne z J-STD-033
J-STD-033 określa zasady związane z pakowaniem komponentów w zależności od poziomu MSL. Jeżeli producent ustalił inny czas magazynowania (np. 24 miesiące), powinien odpowiednią informację umieścić na etykiecie.
Komponenty mogą być przechowywane w komorach o niskiej wilgotności. Jeżeli dana komora zapewnia poziom wilgotności mniejszy niż 5%RH, to takie warunki pozwalają na nielimitowany czas przechowywania, więc jest to najlepsza forma magazynowania.
Suszenie Elementów
Jeżeli komponenty będą znajdować się poza szczelnym opakowaniem i poza komorą o niskiej wilgotności dłużej niż ustalony "czas życia na produkcji", to należy poddać je suszeniu wg zaleceń z tabeli 4-1. Zalecam sprawdzić zalecenia producenta komponentów pod tym kątem, ponieważ czasami mogą być istotne różnice.
W zależności od grubości obudowy układu i poziomu MSL układu zostały określone czasy suszenia dla trzech temperatur: 125°C, 90°C oraz 40°C.
W czasie suszenia należy uważać na tacki. Czasami się deformują i mogą wydzielać zanieczyszczenia. Do suszenia należy stosować dedykowany piec. Takie podejście eliminuje ryzyko zanieczyszczeń wyprowadzeń układów różnymi związkami pochodzącymi z osiadłych w piecu pozostałościami po innych procesach (utwardzanie lakierów, suszenie klejów).
Wygrzewanie Płytek Drukowanych
Jeśli nie ma pewności co do warunków przechowywania i pakowania otrzymanego towaru i/lub sterowanie procesem jest nieefektywne (czas przechowywania płytek przekroczył 24 godziny pomiędzy dwoma cyklami lutowania) i/lub płytki zostały poddane procesowi mycia, a płytki drukowane pochłonęły nadmierną ilość wilgoci, to wygrzewanie jest najbardziej praktycznym środkiem zaradczym zapobiegającym poważnym uszkodzeniom obwodów drukowanych.
Zasadniczo, zarówno producenci płytek drukowanych, jak i firmy montażowe powinni unikać wygrzewania poprzez zagwarantowanie odpowiednich warunków w produkcji, pakowaniu i przechowywaniu a także poprzez stałą kontrolę wszystkich procesów.
Wygrzewanie płytek drukowanych należy realizować w piecu off -line z wymuszonym obiegiem powietrza. Skuteczność procesu można dodatkowo poprawić, zmniejszając względną wilgotność lub prężność pary wodnej w piecu, np. przez wygrzewanie w próżni lub w atmosferze azotu.
System Monitorowania Wilgotności i Temperatury
Kluczowe znaczenie dla udowodnienia zgodności z J-STD-033, ma system monitorowania wilgotności i temperatury przechowywania. Bez danych wykazujących zgodność z wymaganymi poziomami wilgotności względnej w systemie przechowywania, firmy są zmuszone do wygrzewania komponentu przed użyciem, co może powodować korozję i możliwe uszkodzenia komponentów.
tags: #przechowywanie #komponentów #elektronicznych #wilgotność #normy
