Печатные платы, как и большинство электронных компонентов, представляют собой структуры, которые изготовлены на основе пластика, металла и керамики, что подразумевает поглощение или впитывание влаги из окружающего воздуха этими структурами. Повышенная влажность плат или корпусов компонентов, особенно при их SMTпайке, приводит к возникновению дефектов монтажа (микротрещины, деформация или отказ в работоспособности). При этом большинство производителей печатных плат и радиокомпонентов не дают точных рекомендаций по сушке или хранению. Существующие рекомендации по высокотемпературной сушке для удаления влаги иногда приводят к ухудшению паяемости и расслоению печатных плат, при этом возможно разрушение корпусов компонентов и образованию скрытых соединений.
С другой стороны, большинство негерметичных корпусов поверхностно-монтируемых электронных компонентов содержит полимерные материалы, такие как компаунд, органический подложечный материал, клеевые прослойки, защитные покрытия. Эти материалы не обладают способностью быть абсолютным барьером для влажности в воздухе. Влага из воздуха постепенно проникает внутрь корпуса компонента и распределяется по объему полимера и по границам раздела разных материалов. Скорость насыщения влагой определяется температурой, относительной влажностью, толщиной корпуса, наличием внутренних металлических плоскостей и конструкцией корпуса электронного компонента. Влагопоглощение компонентом при комнатной температуре не всегда вызывает немедленное повреждение. Риск разрушения компонента возникает в случае, когда компонент проходит пайку оплавлением в печи или локальный нагрев, а также при ремонте на печатной плате. При этом нагреве температура корпуса за несколько минут возрастает более чем на двести градусов. Поглощенная ранее вода в компоненте очень быстро переходит в пар и давление в локальных полостях и на ослабленных межфазных границах резко увеличивается, при этом разные материалы корпуса расширяются неодинаково и в разных направлениях. В комплексе сочетание парового давления, термомеханических напряжений приводит к расслоению, трещинам и деформации корпуса компонента.

На практике наиболее известное проявление разрушения корпуса компонента это эффект попкорна, при котором корпус растрескивается с характерным звуком или заметной деформацией, но при этом не стоит ориентироваться только на визуальный дефект. Возможно внутреннее расслоение корпуса компонента, которое может не выходить на поверхность. Это внутреннее расслоение способно изменить передачу напряжений к кристаллу, повредить тонкие проводники, нарушить контакт клеевого слоя, открыть путь загрязнениям или ускорить коррозионные процессы внутри компонента. При этом электрический тест после монтажа готовой платы может быть положительным.
Повреждение от воздействия влаги внутри компонента может быть явным, скрытым или латентным. К явным признакам можно отнести такие дефекты как трещина корпуса, вздутие, изменение геометрии компонента. Скрытые дефекты включают внутреннее расслоение, трещины на границе компаунд-кристалл, отрыв соединений и повреждение подложки. Латентный дефект не вызывает отказ при выходном контроле или тесте, но сокращает ресурс готового изделия. Обычный визуальный контроль выявляет только поверхностные проявления разрушения, а вот рентгенография выявляет геометрию выводов, пустоты в припое и часть механических нарушений, но плохо различает тонкое расслоение полимерных границ в компоненте. Для обнаружения внутренних расслоений наиболее информативна сканирующая акустическая микроскопия.

Для уменьшения этого риска разрушения компонента вводится уровень MSL (уровень чувствительности к влаге) для конкретного компонента. Это классификация негерметичного компонента по устойчивости к сочетанию предварительного влагопоглощения и последующего нагрева при пайке. Классификация по этому уровню MSL выполняется производителем и в дальнейшем используется при SMT-монтаже в соответствии с требованиями стандарта IPC/JEDEC J-STD-033B1. Международный стандарт «Обращение, упаковка, транспортировка и использование компонентов для поверхностного монтажа, чувствительных к влаге и пайке методом оплавления».
При производстве SMT монтажа важно понимать, что уровень MSL не показывает качество компонента, не является сроком годности и не описывает устойчивость к конденсации влаги. Он задает режим обращения с компонентом до этапа высокотемпературной операции монтажа на печатную плату. Поэтому важно учитывать уровень MSL компонента вместе с допустимой температурой корпуса и ограничениями технологического процесса монтажа компонентов.

Что влияет на риск
разрушения компонента

Риск разрушения электронного компонента определяется не только количеством влаги внутри компонента, а также принципиальны важны такие параметры как температура корпуса и длительность нахождения в температурном профиле оплавления, скорость нагрева, число циклов оплавления, конструкция компонента.

Пассивные компоненты, модули, датчики, оптоэлектронные изделия и корпуса со встроенными механическими элементами могут иметь ограничения не только по уровню MSL, но и по температуре пайки, флюсу, очистке, волновой пайке. В маршрутной карте монтажа компонентов следует хранить оба набора ограничений: по уровню МSL и допустимые технологические воздействия.

Важно учитывать правильное обращение с влагочувствительными компонентами, которое базируется на трех базовых элементах- достоверной идентификации уровня MSL, температурном классе и управляемом тепловом процессе. В целом предварительная сушка компонента в шкафе компенсирует отдельные отклонения, но не должна заменять планирование и дисциплину обращения с партиями влагочуствительных компонентов. Также важно понимать, что уровень MSL это характеристика конкретного корпуса компонента, в конкретном квалификационном термопрофиле оплавления. Любое изменение температуры, числа циклов, условий хранения или истории партии должно быть учтено до SMT-монтажа. Практический результат правильного и настроенного процесса SMT монтажа выражается не в количестве выполненных сушек компонентов, а в предсказуемости. Для каждой катушки с компонентами можно восстановить условия хранения и монтажа, для каждой сборки подтвердить температурный маршрут, а при отклонении быстро определить границы затронутой продукции. Это сокращает необоснованный брак, исключает выпуск партий изделий с неизвестной историей и дает данные для улучшения планирования, термопрофилирования и складской логистики, включая хранение электронных компонентов. При правильно организованном процессе SMT монтажа электронные компоненты перестают быть источником случайных скрытых дефектов. Входной контроль подтверждает сухой статус партии электронных компонентов, склад поддерживает контролируемую среду и влажность, производство расходует и фиксирует прохождение этих партий, технолог управляет сушкой и термопрофилем, а качество контролирует прослеживаемость и выявленные отклонения. Именно такой сквозной контроль качества защищает не только выход годных изделий на линии SMT монтажа, но и обеспечивает надежность готового изделия.

Несмотря на кажущуюся малозначительность, проникновение влаги в пластиковые корпуса электронных компонентов приводит к серьезным проблемами при монтаже и сборке. Необходимо уделять повышенное внимание состоянию электронных компонентов и условиям их хранения на всем этапе движения от производителя к печи оплавления. Построение правильной процедуры обращения с компонентами помогут избежать производственных дефектов, связанных с накоплением в электронных компонентах избыточной влажности, повысят эксплуатационную надежность собираемых электронных модулей.

Гексан — контрактное производство электроники

192007, г. Санкт-Петербург, вн.тер.г. МО Волковское, Лиговский пр-кт, д. 153, литера А,
помещ. 7-Н, помещ.165

ОГРН 1187847238919 ИНН 7810737444