Електронні компоненти і системи 
Третя частина зосереджується на розгляді переваг і недоліків різних типів пристроїв для видалення вологи з друкованої плати.
У випадку процесу сушіння слід враховувати як видалення вологи за межі друкованої плати, так і явище дифузії вологи всередину друкованої плати. Зведені до основних фізичних значень, усі процеси сушіння відрізняються лише такими параметрами:
- Температура навколишнього середовища та передача температури сухому матеріалу. Температура має великий вплив на швидкість дифузії в друкованій платі.
- Вологість і можливість сушіння. Чим нижче вологість у сушильному пристрої, тим вище швидкість десорбції з поверхні друкованої плати. Чим менший вміст вологи, який поглинає друкована плата, тим швидше можна досягти бажаного рівня вологості.
- Час висихання, який є функцією температури та вологості в процесі сушіння.
Незалежно від процесу сушіння, слід приділяти особливу увагу чистоті, оскільки забруднення, такі як конденсат в печі сушіння, можуть осідати на поверхні друкованої плати та значно погіршувати здатність до пайки поверхонь.
Під терміном «сушіння» прийнято розуміти видалення вологи, тоді як термін «загартування» (англ. tempering) означає «вплив на матеріал підвищеної температури», «процес, що призводить до зміни властивостей матеріалу твердих тіл. У технології друкованих плат загартування використовується … для зменшення внутрішніх напружень, які проявляються у вигляді короблення і кручення» . Для загартування слід вибирати температури вище температури глазурування Tg смол, тоді як сушіння зазвичай відбувається при нижчих температурах, нижче Tg. В англійській мові також часто використовується термін «baking або pre-baking». (наприклад, IPC-1602).
Обладнання з циркуляцією повітря для сушіння
Сушильна піч з примусовою конвекцією має як хорошу теплопередачу до матеріалу, який потрібно висушити, так і добре видалення вологи з поверхні матеріалу, який потрібно висушити, за умови, що це доступно. Завдяки швидкій тепловіддачі ці пристрої дуже ефективні і використовуються як для сушіння, так і для загартовування. Завдяки подачі свіжого повітря та направленому витяжному повітрю можна підтримувати низьку вологість повітря (IPC-1602 3.4.2 вказує, що допустима максимальна відносна вологість 5 %). На малюнку 1 показана стандартна крива для сушіння ідентичних друкованих плат при різних температурах у печі з циркуляцією повітря.
Існує велика різниця між 80 °C і 125 °C, однак подальше підвищення температури до 150 °C навряд чи приносить поліпшення і значно збільшує температурне навантаження. Головною загрозою є ризик деформації друкованої плати при таких високих температурах. «Сушка при температурі 130 °С деформує всі види друкованих плат…» . Іншим недоліком є те, що друковані плати повинні охолонути після того, як їх витягли з гарячої печі, перш ніж їх можна буде перенести на машини для монтажу.
Малюнок 1: Криві сушіння за різних температур
Малюнок 2: Приклад невеликої сушильної камери з циркуляцією повітря .
Малюнок 3: Порівняння коефіцієнтів часу сушіння при різних температурах .
Вакуумний сушильна піч
Вакуум працює лише тоді, коли молекули води знаходяться на поверхні. Тому діаграми, що показують низьку температуру кипіння води при зниженому тиску, вводять в оману, оскільки вони нічого не роблять. У кращому випадку негативний тиск призводить до вищої швидкості десорбції. Нагрівання висушеного матеріалу у вакуумі також складніше: необхідні оболонкові або пластинчасті нагрівачі, оскільки конвекційний теплообмін зазвичай не може відбуватися у вакуумі. Також можливий процес із чергуванням фаз нагріву та вакууму. Недоліком є висока вартість складної вакуумної технології, однак перевагою є відсутність окислення у вакуумі, що захищає властивості поверхні, що паюються.
Нижча температура у вакуумній печі безпосередньо призводить до повільного сушіння. Лише підвищення температури до 125 °C призводить до такої ж швидкості сушіння, як і при інших технологіях, але втрата ваги в перші години нижча, що є результатом повільнішого нагрівання висушеного матеріалу у вакуумі.
Малюнок 4: Порівняння часу висихання у вакуумній печі та конвекційній печі для FR4 товщиною 1.5 мм без покриття.
Малюнок 5: Порівняння вакуумної печі з конвекційною піччю при 125 °C.
Шафа для сухого зберігання
Сухі шафи для зберігання осушують повітря в шафі за допомогою осушувачів. За допомогою регулятора можна встановити різні рівні вологості, наприклад, 10/5/2/1% RF, а безперервна робота можлива завдяки автоматичній регенерації осушувача. Перевагами є низькі експлуатаційні витрати та відсутність температурного стресу для друкованих плат. Це означає, що друковані плати також можна зберігати в такому пристрої в оригінальній упаковці.
При необхідності температуру можна підвищити до 45 °C або 60 °C, що призведе до набагато швидшого висихання (вища швидкість дифузії та вищий ступінь десорбції).
Малюнок 6: Крива сушіння для стелажа для сухого зберігання, 45 °C/<1% відносної вологості після насичення в кліматі 85/85 .
Малюнок 7: Сушка FR4 товщиною 1.4 мм у сухій шафі для зберігання .
Слід звернути увагу на деякі цікаві аспекти (див. Мал.7):
- Шафа для зберігання азоту не підходить для сушіння друкованих плат.
- Рівень вологості в сушильній камері впливає на швидкість десорбції.
- Температура відіграє значну роль у процесі сушіння, збільшуючи коефіцієнт дифузії.
- Зразки не були висушені перед зволоженням. Таким чином, суха вага нижча за початкову, вміст вологи є від’ємним.
Нижче наведено графік (мал.8) створений на основі даних Totech Europe BV. Зверніть увагу, що час висихання вказано в днях.
Малюнок 8: Рекомендований час висихання друкованої плати залежно від температури.
Висновки
- Тестові кліматичні камери, вакуумні печі та камери для зберігання азоту не підходять для процесу сушіння, який відповідає вимогам серійного виробництва, а також пов’язані з високими витратами на обслуговування.
- Сушіння в печі з примусовою подачею повітря при 120 °C є дуже ефективним і швидким, але викликає високу термічну напругу та старіння спаяної поверхні. Також є ризик викривлення друкованих плат.
- Суха шафа для зберігання… ідеально підходить для дбайливого сушіння компонентів. і це також стосується друкованих плат, однак слід планувати довший час сушіння. Шафа для сухого зберігання також є найкращим вибором для зберігання попередньо висушених компонентів.
Джерела:
FED-Wiki, http://wiki.fed.de/fed-wiki/index.php/ Tempern, Internet Stand Mai 2009
Fa. Totech, Präsentation „Moisture Sensitive Devices – a real production problem“, Gerhard Kurpiela, PDF, 2006
Thermo Fisher Scientific Inc – Online Katalog
PCB materials behaviour towards humidity and baking impact on wettability, Walter Horaud, Vincent Vallat, Solectron, 2003, S.4 ff
Trocknen von Leiterplatten, G.Schubert et.al., PLUS 10/2009, S.2230ff
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
