Уровни чувствительности к влаге в электронных компонентах

Различные материалы, используемые для изготовления электронных компонентов, со временем могут поглощать влагу из воздуха. Это впервые стало проблемой с внедрением технологии рефлоу-пайки, когда компоненты подвергаются воздействию внезапно высоких температур в течение короткого времени. Затем проблема усугубилась с переходом на свинцово-бесплатный припой, что привело к более высоким пиковым температурам в процессе рефлоу. Другие факторы, увеличивающие чувствительность к влаге, включают использование более дешевых и тонких материалов, таких как пластмассы, которые обладают худшими свойствами по сравнению с более дорогими герметичными материалами, традиционно используемыми ранее.

Влага может испаряться и вызывать повреждение компонентов. Это может быть в виде микротрещин, ослабляющих корпус компонента, полного трещин, приводящих к отделению частей компонента, или отслаивания поверхности между диэлектрической подложкой и ее смолистым покрытием. Независимо от типа повреждения, результатом будет необходимость замены компонента.

Одна из проблем заключается в том, что повреждения, вызванные испарением влаги, могут не проявляться сразу и становятся заметными только после сборки и тестирования устройства. Возможно, они настолько незначительны, что устройство кажется исправным, но впоследствии выходит из строя преждевременно. Обычно трещины появляются в самых тонких местах корпуса, которые для поверхностно монтируемых компонентов обычно находятся на нижней стороне, ближе к печатной плате, и, следовательно, не видны. Аналогично, микротрещины, если они не находятся на поверхности на видимой части компонента, также не будут видны визуально.

Основная проблема заключается в повреждениях, вызванных испарением влаги в микроконтроллерах и других сложных устройствах. Тонкие металлические провода от кристалла и контактные площадки для поверхностного монтажа обычно заключены в пластик. Любые трещины в этой упаковке могут привести к разрыву провода, который будет обнаружен только после начала работы MCU, если это не контакт питания.

Насколько распространена эта проблема?

Вероятность возникновения этой проблемы зависит от типов используемых упаковочных материалов и времени, в течение которого компонент подвергается воздействию влаги. Это, в первую очередь, связано с тем, как долго компонент находится на хранении, как он защищен и в каких условиях окружающей среды он хранится на этапе хранения. Как только компонент покидает склад и извлекается из защитной упаковки, это зависит от его срока службы на производственном этаже. Это время, в течение которого он подвергается воздействию окружающих условий, и каковы эти условия.

Скорость, с которой влага может проникать в компонент, зависит от его влажности и температуры. Чем выше температура, тем быстрее любая присутствующая в окружающей среде влага проникнет в упаковочный материал. Это поглощение продолжается до тех пор, пока концентрация влаги в материале не сравняется с концентрацией влаги в окружающей среде. Чем выше относительная влажность, тем больше влаги будет поглощено.

Время воздействия во время производства компонента и период после его монтажа на печатную плату в преддверии пайки методом переплава можно считать незначительным по сравнению со временем хранения и временем с момента его извлечения из хранения до момента установки на печатную плату. Ключевыми факторами окружающей среды являются влажность, температура и продолжительность этого времени.

Использование упаковочных материалов, чувствительных к влаге, включает в себя компоненты с энкапсуляцией, такие как интегральные схемы и датчики, и распространяется на разъемы и печатную плату (PCB). Только проверив техническое описание каждого элемента в вашем устройстве, вы сможете узнать наверняка какие детали чувствительны к влаге.

Срок хранения

Любые компоненты, чувствительные к влаге, должны поставляться в герметичной защитной упаковке, обычно с гелем-осушителем и в инертной среде. На упаковке будет указан максимальный срок хранения компонента, обычно это несколько лет. Детали, особенно чувствительные к влаге, обычно поставляются с индикаторами влажности в упаковке, чтобы обеспечить визуальный контроль состояния детали. Пока защитная упаковка не повреждена и условия окружающей среды на складе соответствуют спецификации, это не должно отличаться от обращения с любым другим типом компонентов.

Уровень чувствительности к влаге

Стандартизированные уровни чувствительности к влажности (MSL) были определены для идентификации компонентов, чувствительных к влажности. Эти уровни определяют, как долго компонент может быть подвергнут воздействию комнатной температуры и уровня влажности, прежде чем он будет негативно повлиян влагой. Здесь под "комнатными условиями" понимается температура ниже 30^oC и относительная влажность ниже 60%, за исключением неограниченного MSL 1, который определяется как ниже 30^oC и ниже 85% относительной влажности.

Что такое сушка компонентов?

Применение медленного и осторожного нагрева к компонентам, чувствительным к влаге, может извлечь влагу без повреждения. Эти компоненты будут подвергаться выпеканию как часть производственного процесса перед тем, как их поместят в защитную упаковку. Для компонентов, требующих выпекания перед использованием, повторение этого процесса аккуратно извлечет любую дополнительную влагу для «сброса» содержания влаги в компоненте перед пайкой. Температура выпекания и продолжительность времени, необходимые для выпекания компонента, будут зависеть от материала, использованного при изготовлении компонента, его толщины и содержания влаги. Не редкость, что процесс выпекания может занять несколько дней.

Один важный фактор, который следует учитывать, если вам нужно выпечь компонент, заключается в том, что процесс выпекания, если он не проводится должным образом, может вызвать окисление паяльных площадок, что приведет к плохой связи после пайки.

Будет ли моя печатная плата затронута?

В зависимости от типа используемой вами печатной платы (PCB), она также может быть чувствительна к поглощению влаги и подвергаться аналогичным видам повреждений в процессе переплавки. Чувствительность будет зависеть от материалов, используемых для изготовления базового ламината, толщины материалов, количества слоев и конечного дизайна трассировки. Как правило, FR4 считается устойчивым к влаге, в то время как Kapton чувствителен к влаге. Такие факторы, как площадь меди, толщина трасс, соотношение аспектов металлизированных сквозных отверстий, а также использование поверхностных обработок, могут оказывать влияние.

Управление чувствительностью к влаге

Общий совет - быть осторожным при обращении с компонентами и вашей печатной платой, хранить их в условиях низкой влажности на протяжении как можно большей части их срока службы на производственном полу. Следуйте советам в техническом описании и на упаковке, и вы вряд ли ошибетесь. Если срок службы на производственном полу является проблемой, рассмотрите возможность инвестирования в временное решение для хранения, которое сохранит все как можно более сухим. Кабинеты с осушением - отличное и гибкое решение, которое не ударит по карману. Они регулируют относительную влажность внутри, используя активное извлечение влаги или простой многоразовый адсорбент. Если деньги не вопрос, то решение для хранения, которое заменяет внутренний воздух инертным азотом, предлагает альтернативное решение.

Хотите узнать больше о том, как Altium Designer® может помочь вам с вашим следующим проектом печатной платы? Обратитесь к эксперту в Altium.