Mức Độ Nhạy Cảm với Độ Ẩm trong Linh Kiện Điện Tử

Các loại vật liệu được sử dụng để chế tạo linh kiện điện có thể hấp thụ hơi ẩm từ không khí theo thời gian. Vấn đề này ban đầu trở nên nghiêm trọng khi giới thiệu kỹ thuật hàn reflow, nơi mà các linh kiện được phơi nhiệt đột ngột ở nhiệt độ cao trong một khoảng thời gian ngắn. Sau đó, vấn đề càng trở nên tồi tệ hơn với sự chuyển đổi sang hàn không chì, dẫn đến nhiệt độ đỉnh cao hơn trong quá trình reflow. Các yếu tố khác làm tăng tính nhạy cảm với độ ẩm bao gồm việc sử dụng vật liệu rẻ tiền và mỏng hơn như nhựa, có tính chất kém hơn so với các vật liệu kín khí đắt tiền hơn mà trước đây thường được sử dụng.

Độ ẩm có thể bay hơi và gây hại cho các linh kiện. Điều này có thể dưới dạng nứt vi mô làm suy yếu bao bì linh kiện, nứt hoàn toàn dẫn đến tách rời các phần của linh kiện, hoặc bong tróc bề mặt giữa một die pad và lớp phủ resin của nó. Dù là hư hại dạng nào, kết quả là linh kiện sẽ cần phải được thay thế.

Một trong những thách thức là hậu quả do sự bay hơi của hơi ẩm gây ra có thể không ngay lập tức hiển thị và chỉ xuất hiện sau khi thiết bị đã được lắp ráp và kiểm tra. Nó có thể đủ nhỏ để thiết bị dường như hoạt động đúng cách chỉ để sau đó sớm hỏng khi đang được sử dụng. Thông thường, vết nứt xuất hiện ở những nơi bao bì mỏng nhất, đối với các linh kiện gắn mặt thì thường là ở mặt dưới gần với PCB và do đó, nằm ngoài tầm nhìn. Tương tự, vết nứt nhỏ, trừ khi ở bề mặt trên một phần nhìn thấy được của linh kiện, cũng sẽ không thể nhìn thấy được.

Vấn đề chính là hậu quả do sự bay hơi của hơi ẩm trong vi điều khiển và các thiết bị phức tạp khác. Các dây kim loại nhạy cảm từ die và các pad gắn mặt thường được bao bọc trong nhựa. Bất kỳ vết nứt nào của bao bì này có thể làm gãy một dây, điều này chỉ được phát hiện khi MCU hoạt động trừ khi đó là chân cấp nguồn.

Vấn đề này phổ biến đến mức nào?

Khả năng xảy ra vấn đề này phụ thuộc vào loại vật liệu đóng gói được sử dụng và thời gian linh kiện tiếp xúc với độ ẩm. Điều này chủ yếu phụ thuộc vào thời gian linh kiện được lưu trữ, cách nó được bảo vệ, và điều kiện môi trường nào mà nó được lưu trữ trong giai đoạn lưu trữ. Một khi linh kiện rời khỏi kho lưu trữ và được lấy ra khỏi bao bì bảo vệ, điều này phụ thuộc vào thời gian sử dụng trên sàn. Đây là khoảng thời gian nó tiếp xúc với điều kiện môi trường xung quanh và những điều kiện đó là gì.

Tốc độ mà độ ẩm có thể lan vào linh kiện sẽ phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ của nó. Nhiệt độ càng cao, bất kỳ độ ẩm nào có mặt trong môi trường sẽ xâm nhập vào vật liệu đóng gói nhanh hơn. Sự hấp thụ này tiếp tục cho đến khi nồng độ độ ẩm trong vật liệu khớp với nồng độ độ ẩm trong môi trường. Độ ẩm tương đối càng cao, lượng độ ẩm được hấp thụ càng lớn.

Thời gian tiếp xúc trong quá trình sản xuất linh kiện và thời gian sau khi nó được lắp ráp lên một PCB sẵn sàng cho việc hàn reflow có thể được coi là không đáng kể so với thời gian lưu trữ và thời gian từ khi nó rời kho lưu trữ cho đến khi nó được lắp lên PCB. Các yếu tố môi trường quan trọng là độ ẩm, nhiệt độ và khoảng thời gian này.

Việc sử dụng các vật liệu đóng gói nhạy cảm với độ ẩm bao gồm các thành phần được bao bọc như mạch tích hợp và cảm biến, và mở rộng ra đến các kết nối và PCB. Chỉ bằng cách kiểm tra bảng dữ liệu cho từng mục trong thiết bị của bạn, bạn mới có thể chắc chắn những bộ phận nào nhạy cảm với độ ẩm.

Thời gian Bảo quản

Bất kỳ thành phần nào nhạy cảm với độ ẩm đều nên được vận chuyển trong bao bì bảo vệ kín, thường đi kèm với gel hút ẩm và môi trường trơ. Bao bì sẽ chỉ ra thời gian tối đa mà thành phần có thể được lưu trữ, thường là vài năm. Các bộ phận đặc biệt nhạy cảm với độ ẩm thường được vận chuyển với các chỉ báo độ ẩm được bao gồm trong bao bì để cung cấp một chỉ dẫn trực quan về tình trạng của bộ phận. Miễn là bao bì bảo vệ không bị hỏng và điều kiện môi trường của cơ sở lưu trữ nằm trong phạm vi quy định, việc này không khác gì so với việc xử lý bất kỳ loại thành phần nào khác.

Mức Độ Nhạy cảm với Độ Ẩm

Các mức độ nhạy cảm với độ ẩm chuẩn (MSL) đã được định nghĩa để xác định các bộ phận nào nhạy cảm với độ ẩm. Những mức độ này xác định thời gian một linh kiện có thể tiếp xúc với nhiệt độ và độ ẩm phòng môi trường xung quanh trước khi bị ảnh hưởng tiêu cực bởi độ ẩm. Tại đây, môi trường xung quanh được định nghĩa là dưới 30^oC và dưới 60% độ ẩm tương đối trừ mức MSL 1 không giới hạn, được định nghĩa là dưới 30^oC và dưới 85% độ ẩm tương đối.

Làm gì là Sấy Linh Kiện?

Áp dụng nhiệt độ chậm và nhẹ nhàng lên một linh kiện nhạy cảm với độ ẩm có thể hút ẩm ra mà không gây hại. Những linh kiện này sẽ được sấy như một phần của quy trình sản xuất trước khi được đặt vào bao bì bảo quản. Đối với các linh kiện cần sấy trước khi sử dụng, việc lặp lại quy trình sấy này sẽ nhẹ nhàng hút bất kỳ độ ẩm bổ sung nào để “đặt lại” hàm lượng ẩm của linh kiện trước khi hàn. Nhiệt độ sấy và thời gian cần thiết để sấy linh kiện sẽ phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng trong quá trình sản xuất linh kiện, độ dày của nó và hàm lượng ẩm của nó. Quá trình sấy có thể mất vài ngày không phải là điều hiếm gặp.

Một yếu tố quan trọng cần lưu ý nếu bạn cần sấy một linh kiện là quá trình sấy, nếu không được thực hiện đúng cách, có thể gây ra sự ôxy hóa của các pad hàn, điều này sẽ dẫn đến kết nối kém sau khi hàn.

PCB của tôi có bị ảnh hưởng không?

Tùy thuộc vào loại PCB bạn đang sử dụng, nó cũng có thể rất nhạy cảm với việc hấp thụ độ ẩm và gặp phải các loại hư hỏng tương tự trong quá trình tái lưu hóa. Độ nhạy cảm sẽ phụ thuộc vào các vật liệu được sử dụng để xây dựng lớp cơ sở, độ dày của các vật liệu, số lượng lớp, và thiết kế đường dẫn hoàn thiện. Thông thường, FR4 được coi là chịu ẩm, trong khi Kapton nhạy cảm với ẩm. Các yếu tố như diện tích đồng, độ dày của đường dẫn, tỷ lệ khía lỗ xuyên, và việc sử dụng các phương pháp xử lý bề mặt đều có thể ảnh hưởng.

Quản lý Độ Nhạy Ẩm

Lời khuyên chung là hãy cẩn thận khi xử lý linh kiện và PCB của bạn, giữ chúng trong môi trường độ ẩm thấp càng nhiều càng tốt trong suốt thời gian sử dụng. Tuân theo lời khuyên trong bảng dữ liệu và trên bao bì, và bạn sẽ không gặp phải nhiều vấn đề. Nếu thời gian sử dụng trên sàn là một vấn đề, hãy xem xét việc đầu tư vào một giải pháp lưu trữ tạm thời giữ cho mọi thứ khô ráo nhất có thể. Tủ chống ẩm là một giải pháp tuyệt vời và linh hoạt không làm bạn tốn kém. Chúng điều chỉnh độ ẩm tương đối bên trong, hoặc sử dụng việc rút ẩm tích cực hoặc sử dụng chất hút ẩm tái sử dụng đơn giản. Nếu tiền bạc không phải là vấn đề, thì một giải pháp lưu trữ thay thế không khí bên trong bằng nitơ trơ cung cấp một giải pháp thay thế.

Bạn có muốn tìm hiểu thêm về cách Altium Designer® có thể giúp bạn với thiết kế PCB tiếp theo của mình không? Hãy trò chuyện với một chuyên gia tại Altium.