電子部品の湿度感受性レベル

電子部品を構成するために使用されるさまざまな材料は、時間が経つにつれて空気中の湿気を吸収することがあります。これは、部品が短期間で急激な高温にさらされるリフローはんだ付けが導入された際に初めて問題となりました。これは、リフロー工程中のピーク温度が高くなる鉛フリーはんだへの切り替えによってさらに悪化しました。湿気感受性の問題が増加した他の要因には、より高価な密閉型材料に比べて劣る特性を持つ安価で薄い材料、例えばプラスチックなどがあります。

湿気が蒸発し、部品に損傷を与えることがあります。これは、部品パッケージを弱める微細な亀裂、部品の一部が分離する完全な亀裂、またはダイパッドとその樹脂カバーの間の表面剥離の形であるかもしれません。損傷のタイプに関わらず、結果としてその部品は交換する必要があります。

湿気の蒸発によって引き起こされる損傷は、すぐには明らかにならず、デバイスが組み立てられてテストされた後にのみ現れる可能性があるという課題があります。それは、デバイスが正しく動作しているように見えるほど小さなものかもしれませんが、その後のサービス中に早期に故障する可能性があります。通常、パッケージが最も薄い部分で亀裂が発生し、表面実装部品の場合、通常はPCBに近い裏側で、したがって視界から外れています。同様に、マイクロクラッキングも、部品の表面の見える部分にない限り、視覚的には明らかではありません。

主な問題は、マイクロコントローラーや他の複雑なデバイスでの湿気の蒸発による損傷です。ダイからの繊細な金属線と表面実装パッドは通常、プラスチックで封入されています。このパッケージングの亀裂は、ワイヤーを断線させる可能性があり、それはMCUが動作するまで検出されないでしょう、それが電源ピンでない限り。

この問題はどれほど一般的ですか？

この問題が発生する可能性は、使用される包装材料の種類と、部品が湿気にさらされる時間の長さによります。これは主に、部品がどのくらいの期間保管されるか、どのように保護されるか、そしてどのような環境条件下で保管されるかによります。部品が保管を離れ、保護包装から取り出されると、これはそのフロアライフによります。これは、部品が周囲の環境条件にさらされる時間の長さと、それらの条件が何であるかです。

部品に湿気が浸透する速度は、その湿度と温度に依存します。温度が高いほど、環境中の湿気が包装材料に浸透する速度は速くなります。この吸収は、材料内の湿気濃度が環境の湿気濃度と一致するまで続きます。相対湿度が高いほど、吸収される湿気の量は多くなります。

部品の製造中の露出時間と、リフローはんだ付けの準備が整ったPCBに組み込まれた後の期間は、保管時間と保管を離れてPCBに取り付けられるまでの時間と比較して無視できます。重要な環境要因は、湿度、温度、そしてこの時間の長さです。

湿気に敏感な包装材料の使用には、集積回路やセンサーなどの封入コンポーネントが含まれ、コネクターやPCBにも及びます。デバイス内の各アイテムのデータシートを確認することによってのみ、どの部品が湿気に敏感か

保管寿命

湿気に敏感なコンポーネントは、通常、乾燥剤ジェルと不活性環境を備えた密封された保護包装で出荷されるべきです。包装には、コンポーネントを保管できる最大の期間が示されており、通常は数年です。特に湿気に敏感な部品は、通常、部品の健康状態を視覚的に示すために、包装に湿度指標が含まれて出荷されます。保護包装が損なわれず、保管施設の環境条件が仕様内にある限り、これは他のコンポーネントタイプを扱うのと変わりません。

湿気感受性レベル

標準化された湿度感受性レベル（MSL）は、どの部品が湿気に敏感かを識別するために定義されています。これらのレベルは、部品が湿気の影響を受ける前に、周囲の室温と湿度レベルにどの程度さらされることができるかを決定します。ここで、周囲とは30^oC以下、相対湿度60%以下を指しますが、無制限のMSL 1については、30^oC以下、相対湿度85%以下と定義されています。

部品のベーキングとは？

湿気を帯びた部品にゆっくりと優しく熱を加えることで、損傷を与えることなく湿気を抜くことができます。これらの部品は、保護用の保管パッケージに入れられる前に、製造プロセスの一環として焼成されることになります。使用前に焼成が必要な部品の場合、この焼成プロセスを繰り返すことで、追加の湿気を優しく抜き取り、はんだ付け前に部品の湿気含有量を「リセット」することができます。焼成温度と部品を焼成する必要がある時間の長さは、部品の製造に使用される材料、その厚さ、およびその湿気含有量によって異なります。焼成プロセスには数日かかることが珍しくありません。

部品を焼成する必要がある場合に念頭に置くべき重要な要素は、焼成プロセスが適切に行われない場合、はんだパッドの酸化を引き起こす可能性があり、それによってはんだ付け後の接続性が悪くなることです。

私のPCBに影響はありますか？

使用しているPCBの種類によっては、リフロー工程中に同様の損傷を受けやすく、吸湿性に敏感である可能性があります。感度は、基板ラミネートを構成する材料、材料の厚さ、層数、完成したトラッキングデザインに依存します。通常、FR4は湿気に対して耐性があると考えられていますが、Kaptonは湿気に敏感です。銅の面積、トレースの厚さ、スルーホールのアスペクト比、表面処理の使用などの要因がすべて影響を与える可能性があります。

湿気感度の管理

一般的なアドバイスとしては、コンポーネントとPCBを取り扱う際には注意し、実用的な限り低湿度環境で保管することです。データシートとパッケージングに記載されているアドバイスに従えば、大きく間違うことはないでしょう。フロアライフが問題である場合は、できるだけ乾燥した状態を保つ一時的な保管ソリューションへの投資を検討してください。除湿乾燥キャビネットは、銀行を破ることなく、素晴らしく柔軟なソリューションです。これらは、アクティブな湿気抽出を使用するか、またはシンプルな再利用可能な乾燥剤を使用して、内部の相対湿度を調節します。お金が問題でない場合は、内部の空気を不活性の窒素で置き換える保管ソリューションが別の解決策を提供します。

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