Эта моя старая статья, которая висела тут примерно в 2012–2015 годах.
Дата публикации указана на основе первого упоминания на web.archive.org.
Введение
Все электронные компоненты являются в разной степени чувствительными к влаге, содержащейся в окружающей среде. Влага со временем проникает в корпуса компонентов и накапливается в пустотах и микротрещинах.
Этот процесс в меньшей степени влияет на компоненты для навесного монтажа и должен быть обязательно учтен при работе с компонентами для поверхностного монтажа.
Проблема влагочувствительности компонентов проявляется в процессе пайки как в автоматизированном, так и в ручном варианте.
В автоматизированном процессе монтажа температура корпусов компонентов на некоторое время превышает значение 200°С. Это касается и пайки в печах оплавления, и пайки волной припоя.
В этот момент вода, накопленная в корпусе компонента, закипает, и давление пара в пустотах резко возрастает, что приводит к растрескиванию компонента, и возможному выходу его из строя.
При ручном монтаже компонентов, так же возможен сильный нагрев корпусов компонентов, например, при использовании установками пайки горячим воздухом.
Обнаружить повреждения корпуса после выброса пара часто не возможно без демонтажа компонента. Причем даже установки рентгеноскопии не покажут растрескивания и отслоения материалов.
Для предотвращения подобных повреждений следует руководствоваться правилами по обращению с влагочувствительными компонентами.
Основными международными стандартами, посвященными обращению с влагочувствительными компонентами, являются:
- IPC/JEDEC J-STD-020 — классификация влагочувствительных компонентов;
- EIA/JEDEC JEP-113 — обозначение влагочувствительных компонентов;
- IPC/JEDEC J-STD-033 — порядок обращения с влагочувствительными компонентами.
Классификация компонентов
Электронные компоненты разделяют по уровню чувствительности к влажности (Moisture Sensitivity Level, MSL) на 8 уровней.
Таблица 1. Классификация уровней чувствительности компонентов к влажности (MSL).
| MSL | Безопасное время хранения компонентов при температуре не выше 30°С и относительной влажности не более 60% |
|---|---|
| 1 | Не ограничено при влажности не более 85% |
| 2 | 1 год |
| 2a | 4 недели |
| 3 | 168 часов (7 суток) |
| 4 | 72 часа (3 суток) |
| 5 | 48 часов |
| 5a | 24 часа |
| 6 | Необходима сушка перед использованием. Время хранения после сушки указано на наклейке (Time on Label, TOL) |
Класс MSL для конкретного компонента можно получить из документации на компонент (datasheet) или по этикетке на упаковке.
Если вы получили компоненты во вскрытой упаковке, не ленитесь проверить MSL по документации, т.к. бывают случаи, что упаковка изначально принадлежала совсем другим компонентам.
Поиску документации в 95% случаев поможет http://www.alldatasheet.com
Для компонентов, MSL которых выше 1, на упаковке обязательно наноситься знак Caution Moisture-Sensitive (Рис. 1) и предупреждающая наклейка (Рис. 2, 3, 4).
Рис. 1. Идентификатор наличия влагочувствительного содержимого в упаковке (EIA/JEDEC JEP113-B).
Для компонентов с MSL 1 предупреждающая наклейка носит исключительно информационный характер. Информация на наклейке сообщает об отсутствии чувствительности компонентов к влажности при соблюдении условий хранения (температура не более 30°С и относительная влажность менее 85%) и максимальной допустимой температуре корпуса компонента при оплавлении не более 235°С.
Данная этикетка наноситься на упаковку в случае, если максимальная температура пайки компонента отличается от 220–225°С.
Рис. 2. Предупреждающая наклейка для компонентов с MSL 1 (EIA/JEDEC JEP113-B).
Для компонентов с MSL 2–5a предупреждающая наклейка содержит следующую информацию:
- MSL в квадрате с надписью Level.
- Calculated shelf life — расчетное время безопасного хранения компонентов в защитной упаковке. Обратите внимание, что это именно расчетное время! Реальное время зависит от окружающей среды и состояния упаковки.
- Peak package body temperature — максимально допустимая температура пайки для компонентов.
- Floor life — безопасное время хранения в производственных условиях.
- Bag seal date — дата упаковки в формате MMDDYY, YYWW или аналогичном.
Рис. 3. Предупреждающая наклейка для компонентов с MSL 2–5a (EIA/JEDEC JEP113-B).
Компоненты с MSL 6 являются экстремально чувствительными к влажности окружающей среды и требуют обязательной сушки перед монтажом, поэтому они не требуют специальной влагозащитной упаковки. Несмотря на это, производители все равно применяют герметичную упаковку, чтобы показать, что компоненты являются влагочувствительными.
А вот влагопоглатитель и карточка-индикатор в такую упаковку могут быть не вложены.
На предупреждающей наклейке дополнительно указывается, что компоненты перед применением необходимо сушить в течение 48 часов при температуре 125±5°С, а также монтажу в течение последующих 6 часов при температуре не выше 30°С и относительной влажности не более 60%.
Рис. 4. Предупреждающая наклейка для компонентов с MSL 6 (EIA/JEDEC JEP113-B).
Хочу еще раз предупредить, что эти знаки наносит производитель на оригинальную упаковку компонентов. Поэтому, если вы покупаете компоненты у перекупщиков, проверяйте MSL по документации. Даже, если на упаковке присутствует какая-либо маркировка.
Это — хорошая практика, которая позволяет избежать множество проблем в дальнейшем.
И тут уместно вставить примечание для учетчиков, кладовщиков и т.п.
— Нельзя заклеивать эти знаки и наклейки или удалять (повреждать) их!
Обращение с компонентами после вскрытия упаковки
В стандарте J-STD-033B.1 указаны требования к упаковке компонентов. Согласно этим требованиям компоненты поставляются в герметично закрываемых пакетах с защитой от влажности с находящимися внутри влагопоглатителем и карточкой-индикатором влажности. Пакет должен быть гибким, обладать защитой от статического электричества, механической прочностью, стойкостью к проколам и возможностью термосклеивания.
Также при запечатывании упаковки допускается небольшое снижение внутреннего давления воздуха внутри пакета.
Эти требования ориентированы на производителей компонентов, но и для конечных пользователей несут полезную информацию, из которой можно выделить несколько правил.
Первое правило.
Если упаковка вскрыта, и вскрывали ее не вы, то считайте, что срок безопасного хранения компонентов истек, и переходите сразу к сушке. Ни кто не гарантирует вам правильные условия для безопасного хранения компонентов, и это надо запомнить.
Второе правило.
Вскрытие упаковки производиться в производственном помещении непосредственно перед использованием компонентов.
Все попытки складских работников вскрыть упаковку заранее для учета компонентов надо пресекать на корню.
Третье правило.
При вскрытии упаковки проверьте наличие влагопоглатителя и карточки-индикатора влажности (Рис. 5), а также ее состояние.
Рис. 5. Карточка-индикатор влажности (IPC/JEDEC J-STD-033B.1).
На рисунке выше приведен образец карточки-индикатора. Три цветных зоны меняют свой окрас в зависимости от влажности окружающей среды.
Таблица 2. Зависимость вариантов окраски индикатора от влажности
| Зона индикатора | Цвет зоны при относительной влажности воздуха | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2% | 5% | 10% | 55% | 60% | 65% | |
| 5% | Голубой (сухо) | Меняется на сиреневый при ≥7% | Розовый (влажно) | Розовый (влажно) | Розовый (влажно) | Розовый (влажно) |
| 10% | Голубой (сухо) | Голубой (сухо) | Меняется на сиреневый при ≥10% | Розовый (влажно) | Розовый (влажно) | Розовый (влажно) |
| 60% | Голубой (сухо) | Голубой (сухо) | Голубой (сухо) | Голубой (сухо) | Меняется на сиреневый | Розовый (влажно) |
Для данной версии карточки-индикатора возможны следующие варианты:
- Если все три кружка показывают «сухо», то электронные компоненты с MSL от 2 до 5а — сухие в достаточной степени.
- Если кружок 5% показывает «влажно», а 10% не показывает «сухо», а 60% показывает «сухо», компоненты с MSL 2 — сухие в достаточной степени, а компоненты с MSL от 2а до 5а накопили избыточное количество влаги и требуют сушки.
- Если все три кружка показывают «влажно», то компоненты c MSL 2 накопили избыточное количество влаги и требуют сушки.
Конечно, на рисунке 5 не единственная версия индикатора. Различные типы индикаторов имеют разное количество зон, различные цвета и границы порогов чувствительности. Но принцип работы у всех одинаков, а вспомогательная информация, обычно, указывается рядом с зонами индикации.
Монтаж компонентов должен быть произведен до окончания допустимого времени экспозиции в производственных условиях!
Так как реальные климатические производственные условия часто отличаются от оптимальных (20–24°C, 40–60% RH), в стандарте IPC/JEDEC J-STD-033B.1 приводится таблица рекомендованных эквивалентных времен допустимой экспозиции компонентов без защитной упаковки.
Саму таблицу я здесь приводить не буду из-за ее большого объема.
В случае окончания работ или длительного перерыва в работе рекомендуется открытые компоненты убрать в шкаф сухого хранения, передать на сушку или повторно запаковать.
При монтаже плат, на которых влагочувствительные компоненты находятся на обеих сторонах платы или только на стороне, которая паяется в первый проход, время нахождения в производственных условиях компонентов не останавливается после первого прохода, а продолжается до завершения второго.
Если интервал времени между монтажом первой и второй стороны платы слишком велик, следует после монтажа компонентов первой стороны поместить платы в шкаф сухого хранения.
Пайка — это не сушка!
При использовании установки пайки горячим воздухом для компонентов создаются условия схожие с процессом пайки оплавлением припоя в печи. Поэтому, перед ремонтом электронного изделия при превышении допустимого времени нахождения компонентов в производственных условиях, необходимо изделие высушить. Помимо компонентов это предохранит и печатные платы от повреждений.
Хранение компонентов
Часто в процессе производства используются не все компоненты из упаковки.
При невозможности повторной герметизации компонентов следует использовать шкафы сухого хранения. Такие шкафы позволяют хранить компоненты и изделия при температуре порядка 22°С и восстанавливают заданный уровень влажности в течение 1 часа после открытия-закрытия дверцы.
Нахождение компонентов в шкафу сухого хранения с относительной влажностью менее 5% приравнивается к хранению во влагозащитной упаковке.
Нахождение компонентов в шкафу сухого хранения с относительной влажностью до 10% не приравнивается к хранению в защитной упаковке, и в данном случае таймер нахождения компонентов в производственных условиях не останавливается, и при превышении допустимого времени экспозиции компоненты необходимо сушить.
Практика показала, что для удобства работы с влагочувствительными компонентами необходимо вести учет времени нахождения компонентов в производственной зоне и делать соответствующие отметки о вскрытии упаковки, уборке в шкаф и т. д. прямо на упаковке компонентов.
Логично предположить, что не стоит выбрасывать упаковку до полного использования компонентов.
Для влагочувствительных компонентов соблюдают систему FIFO (first in — first out).
В первую очередь поступают в производство компоненты из вскрытой упаковки, затем вскрывают новую упаковку.
Сушка компонентов
Компоненты, для которых превышено время экспозиции в производственных условиях, необходимо сушить.
Часто для простоты используют режим сушки 125°С в течение 48 часов. Этот режим подходит для того, чтобы просушить все виды компонентов с MSL от 2 до 5а. Однако, компоненты с медными выводами, покрытые оловянно-свинцовым сплавом, согласно Intel Packaging Databook, нельзя выдерживать более 48 часов при температуре 125°С. В противном случае это может привести к ухудшению качества паяных соединений вследствие окисления выводов, а также возможного роста интерметаллических соединений.
В стандарте J-STD-033B.1 указано, что суммарное время сушки при температурах 90–125°С не должно превышать 96 часов. Сушка при температурах выше 125°С недопустима без консультации с поставщиком компонентов.
В некоторых случаях требуется высушить собранное изделие с влагочувствительными компонентами. Обычно для этого также применяется температура 125°С, если нет ограничений по температуре для отдельных компонентов платы.
Сушка при более низких температурах требует контроля уровня влажности в сушильной камере. В этом случае необходимо согласовывать режим с данными стандарта IPC/JEDEC J-STD-033B.1.