У результаті впровадження безсвинцевої пайки та пов’язаної з цим необхідності використовувати більш високу температуру процесу, вирішення проблеми стійкості компонентів до вологи стало першочерговим питанням.
У випадку чутливих до вологи компонентів необхідні належні умови зберігання, щоб уникнути пошкоджень, викликаних мікротріщинами або розшаруванням. У результаті впровадження безсвинцевого паяння та пов’язаної з цим потреби у вищій температурі процесу вирішення проблеми вологостійкості стало першочерговим. Процес пайки оплавленням без використання свинцю значно підвищує тиск, який створюється парами всередині компонента, до 30 бар. Ті самі компоненти, які раніше можна було змонтувати без проблем, тепер робляться більшими і мають менший опір. Це означає двоетапне підвищення рівнів чутливості до вологи (moisture sensitivity levels, MSL) і скорочення часу впливу (термін служби, floor life).
Виробники чутливих до вологи компонентів повинні постачати їх у спеціальній захисній упаковці, щоб запобігти вбиранню вологи під час транспортування. Ці типи пакування складаються з кількох шарів пластику та алюмінію. Правильно підготовлені та закриті вони також забезпечують добрий захист від окислення (звичайні ESD пакети або пакети на блискавці не захищають від окислення). Після відкриття упаковки компонент починає вбирати вологу і, залежно від її рівня та температури навколишнього середовища, може використовуватися лише протягом обмеженого терміну придатності. Цей час класифікується в стандарті IPC/JEDEC J-STD-033D.
Після закінчення терміну придатності компонент можна безпечно використовувати після нагрівання, зазвичай при температурі 125°C. З таким компонентом слід поводитися особливо дбайливо. Небажано повторювати процес нагрівання, тому слід суворо уникати повторного вбирання вологи. Навіть один процес нагрівання викликає окислення та інтерметалічні реакції, що, у свою чергу, знижує змочувальні властивості компонентів. Випробування показали збільшення інтерметалічного шару на 50% після нагрівання при температурі 125°C протягом 4 днів. У свою чергу, більш товстий інтерметалічний шар знижує цілісність припою і, в крайньому випадку, знижує здатність компонента до пайки.
Щоб запобігти цим проблемам, виробники печей для нагрівання дозволяють проводити процес в атмосфері азоту або у вакуумі. Однак, щоб повернути термін придатності компонента до початкової точки, потрібно приблизно 72 години, що, безумовно, пов’язане зі значними витратами на азот. Тільки дуже низький вміст кисню, тобто нижче 13 ppm, запобігає окисленню.
Тривале зберігання застарілих компонентів
Життєвий цикл продукту стає коротшим, а нові моделі з’являються все частіше. З іншого боку, багато виробників із таких галузей, як автомобільна, авіаційна, військова чи авіоніка, повинні гарантувати наявність запасних частин (включаючи друковані плати) протягом 10 або навіть 20 років. Це змушує купувати більше і довго зберігати компоненти. Ще одна складність полягає в тому, що багато компонентів неможливо зберігати протягом кількох років без спеціального поводження. Окислення, інтерметалічні реакції або зростання крихкості матеріалів з часом є лише декількома прикладами пов’язаних проблем.
Стандарт IPC/JEDEC J-STD-033D описує багато ключових принципів щодо чутливих до вологи компонентів і поводження з ними, але довгострокове зберігання не охоплюється. Крім того, припинення виробництва компонентів і дедалі коротший термін служби продукції змушують виробників створювати запаси, щоб забезпечити виробництво та постачання запасних частин. Різні процеси старіння призводять до того, що компоненти, які зберігаються в сухих упаковках (а також в атмосфері азоту), не забезпечують надійну роботу. Крім того, температура і вологість є факторами, які найбільш сильно негативно впливають на окислення металевих поверхонь. Через окислення компоненти менш сприйнятливі до зволоження, що призводить до більшої кількості помилок при монтажі.
Тривалий захист від окислення
Явище корозії виникає, коли одночасно діють два фактори. По-перше, це наявність окислювача, який виникає вже при вмісті кисню в атмосфері 21%. Другим фактором є водний розчин, який діє як електроліт і виникає при відносній вологості 10%, утворюючи тонку невидиму плівку на поверхні металу. При відсутності одного з цих факторів корозія не виникає. Для запобігання корозії використовуються наступні рішення: сухе зберігання в пакетах і/або азотне зберігання, яке видаляє як окислювач, так і електроліт, і сухе зберігання, яке видаляє лише електроліт.
Але що є більш ефективним захистом від окислення? Сухі пакети придатні лише для короткочасного та середньострокового зберігання. При їх використанні є ризик того, що дегазація призведе до корозії контактних поверхонь, оскільки пакет містить велику кількість пластифікаторів і вогнезахисних сполук. Цей ефект не виникає при сухому або азотному зберіганні, оскільки атмосфера постійно фільтрується та замінюється цими розчинами.
Порівняння азотного та сухого зберігання
Для порівняння обох методів було проведено довгострокове тестування, яке тривало 9 місяців. Через регулярні проміжки часу, тобто кожні 4 тижні, зразки перевіряли на окислення за допомогою аналізу EDX (вид рентгенологічного дослідження). Для порівняння ті ж компоненти зберігалися в атмосфері навколишнього середовища.
Не дивно, що найбільші сліди окислення були виявлені у зразках, що зберігалися в навколишній атмосфері. Однак при порівнянні зразків, що зберігалися в азоті та в сухій атмосфері, окислення поверхні було нижчим в останньому випадку. Результати випробувань доводять, що зберігання під азотом чудово підходить для тривалого зберігання та забезпечує оптимальний захист від окислення. Зберігання в сухій атмосфері також є більш сприятливим з точки зору енергоємності процесу.
Вплив температури на швидкість старіння
Окрім корозії, компоненти старіють у результаті процесу дифузії, який відбувається на межі розділу металевих поверхонь. Підвищення температури прискорює швидкість цих реакцій, таким чином сприяючи швидшому старінню компонента. Загалом можна сказати, що підвищення температури на 10 градусів прискорює швидкість старіння в два-чотири рази. З цієї причини при тривалому зберіганні рекомендується знизити температуру. З іншого боку, більш низька температура впливає на утворення вусів і погіршення властивостей олова. З цих причин оптимальна температура здається 14°C, що трохи перевищує критичну температуру, при якій описані явища посилюються, встановлену на рівні 13,2°C.
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
Лайкнути
Твітнути