Níveis de Sensibilidade à Umidade em Componentes Elétricos

Uma variedade de materiais usados para construir componentes elétricos pode absorver umidade do ar ao longo do tempo. Isso inicialmente se tornou um problema com a introdução da soldagem por refusão, onde os componentes são submetidos a temperaturas altas repentinas por um curto período. Isso foi então exacerbado com a mudança para solda sem chumbo, que resultou em temperaturas de pico mais altas durante o processo de refusão. Outros fatores que aumentaram a prevalência da sensibilidade à umidade são materiais mais baratos e finos, como plásticos, que têm propriedades inferiores em comparação com os materiais herméticos mais caros que eram tradicionalmente usados.

A umidade pode vaporizar e causar danos aos componentes. Isso pode ser na forma de microfissuras que enfraquecem a embalagem do componente, fissuras completas que levam à separação de partes do componente, ou descascamento superficial entre um die pad e sua cobertura de resina. Independentemente do tipo de dano, o resultado é que o componente precisará ser substituído.

Um dos desafios é que o dano causado pela vaporização da umidade pode não ser imediatamente aparente e só aparecer uma vez que o dispositivo tenha sido montado e testado. Pode ser potencialmente menor o suficiente para que o dispositivo pareça funcionar corretamente apenas para falhar prematuramente quando em serviço posteriormente. Geralmente, a rachadura ocorre onde a embalagem é mais fina, que para componentes de montagem em superfície é tipicamente na parte inferior próxima à PCB e, portanto, fora de vista. Da mesma forma, micro-rachaduras, a menos que na superfície em uma parte visível do componente, também não serão visualmente aparentes.

O principal problema é o dano causado pela vaporização da umidade em microcontroladores e outros dispositivos complexos. Os delicados fios de metal do die e os pads de montagem em superfície geralmente são encapsulados em plástico. Qualquer rachadura dessa embalagem poderia fraturar um fio, o que só seria detectado uma vez que o MCU opera, a menos que seja um pino de fornecimento de energia.

Quão Comum é Esse Problema?

A probabilidade deste problema ocorrer está relacionada aos tipos de materiais de embalagem utilizados e ao tempo que o componente fica exposto à umidade. Isso se deve, principalmente, ao tempo que o componente fica armazenado, como ele é protegido e em quais condições ambientais ele é armazenado durante a fase de armazenamento. Uma vez que o componente sai do armazenamento e é removido de sua embalagem protetora, isso se refere ao seu tempo de vida útil. Esse é o tempo durante o qual ele fica exposto às condições ambientais e quais são essas condições.

A taxa na qual a umidade pode se difundir no componente dependerá de sua umidade e temperatura. Quanto maior a temperatura, mais rápido qualquer umidade presente no ambiente penetrará no material da embalagem. Essa absorção continua até que a concentração de umidade no material se iguale à concentração de umidade no ambiente. Quanto maior a umidade relativa, maior a quantidade de umidade que será absorvida.

O tempo de exposição durante a fabricação do componente e o período após ele ser montado em uma PCB pronto para a soldagem por refusão podem ser considerados negligenciáveis se comparados ao tempo de armazenamento e ao tempo desde que ele sai do armazenamento até quando é instalado na PCB. Os principais fatores ambientais são a umidade, a temperatura e esse período de tempo.

O uso de materiais de embalagem sensíveis à umidade inclui componentes encapsulados, como circuitos integrados e sensores, e se estende a conectores e a PCB. Apenas verificando a ficha técnica de cada item em seu dispositivo você saberá com certeza quais partes são sensíveis à umidade.

Vida Útil

Qualquer componente que seja sensível à umidade deve ser enviado em embalagens protetoras seladas, tipicamente com gel dessecante e um ambiente inerte. A embalagem indicará o tempo máximo que o componente pode ser armazenado, tipicamente alguns anos. Peças que são especialmente sensíveis à umidade geralmente são enviadas com indicadores de umidade incluídos na embalagem para fornecer uma indicação visual da saúde da peça. Contanto que a embalagem protetora não seja comprometida e as condições ambientais do local de armazenamento estejam dentro das especificações, isso não deve ser diferente do manuseio de qualquer outro tipo de componente.

Nível de Sensibilidade à Umidade

Níveis Padronizados de Sensibilidade à Umidade (MSL) foram definidos para identificar quais componentes são sensíveis à umidade. Esses níveis determinam quanto tempo um componente pode ser exposto à temperatura ambiente e ao nível de umidade antes de ser adversamente afetado pela umidade. Aqui, ambiente é definido como abaixo de 30^oC e abaixo de 60% de umidade relativa, exceto para o MSL 1 ilimitado, que é definido como sendo abaixo de 30^oC e abaixo de 85% de umidade relativa.

O que é Assar Componentes?

Aplicar um calor lento e suave a um componente sensível à umidade pode extrair a umidade sem causar danos. Esses componentes serão submetidos à secagem como parte do processo de fabricação antes de serem colocados em suas embalagens de armazenamento protetoras. Para componentes que requerem secagem antes do uso, uma repetição desse processo de secagem irá extrair suavemente qualquer umidade adicional para "redefinir" o conteúdo de umidade do componente antes da soldagem. A temperatura de secagem e o tempo necessário para secar o componente dependerão do material usado na fabricação do componente, sua espessura e seu conteúdo de umidade. Não é incomum que o processo de secagem leve vários dias.

Um fator crucial a ter em mente se você precisar secar um componente é que o processo de secagem, se não for realizado corretamente, pode causar oxidação dos pads de solda, o que levará a uma conectividade ruim após a soldagem.

Meu PCB Será Afetado?

Dependendo do tipo de PCB que você está usando, ele também pode ser sensível à absorção de umidade e sofrer tipos semelhantes de danos durante o processo de refusão. A sensibilidade dependerá dos materiais usados para construir o laminado base, a espessura dos materiais, o número de camadas e o design do rastreamento finalizado. Tipicamente, o FR4 é considerado tolerante à umidade, enquanto o Kapton é sensível à umidade. Fatores como a área de cobre, espessura do rastreamento, razões de aspecto de furos passantes e o uso de tratamentos superficiais podem todos afetar.

Gerenciando a Sensibilidade à Umidade

O conselho geral é ter cuidado ao manusear seus componentes e sua PCB, mantendo-os em um ambiente de baixa umidade pelo maior tempo possível de sua vida útil. Siga os conselhos na ficha técnica e na embalagem, e você não deve errar muito. Se a vida útil for um problema, considere investir em uma solução de armazenamento temporário que mantenha tudo o mais seco possível. Armários secos desumidificadores são uma ótima e flexível solução que não vai estourar o orçamento. Eles regulam a umidade relativa do interior, usando extração ativa de umidade ou usando um dessecante reutilizável simples. Se o dinheiro não for um problema, então uma solução de armazenamento que substitui o ar interno por nitrogênio inerte oferece uma solução alternativa.

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