Montaż i lutowanie komponentów MSD

Montaż i lutowanie komponentów MSD

Montaż i lutowanie komponentów MSD mogą stwarzać poważne problemy i wymagają wysokiego poziomu kontroli. Brak odpowiedniego nadzoru może prowadzić do uszkodzeń elementów wewnętrznych podczas lutowania rozpływowego z powodu wilgoci. To z kolei może prowadzić do powstawania ukrytych wad komponentów, które można łatwo przeoczyć podczas inspekcji i testów.

Komponenty SMD wrażliwe na wilgoć

Hermetycznie zamknięte komponenty SMD, w przypadku nieprawidłowej obsługi mogą doświadczyć uszkodzeń podczas lutowania rozpływowego na płytkach obwodów drukowanych. Uszkodzenia występują w wyniku wewnętrznych pęknięć i/lub delaminacji (uszkodzenia materiału kompozytowego) pomiędzy wewnętrznymi złączami obudowy. Takie uszkodzenia wewnętrzne mogą prowadzić do dużej liczby możliwych trybów awarii, takich jak pęknięcia wyprowadzeń i padów połączeniowych. Te pęknięcia mogą powodować przedostawanie się do wnętrza komponentu zewnętrznych zanieczyszczeń. Ponadto rozłączenia w regionie złącz mogą prowadzić do zwiększenia rezystancji elektrycznych i termicznych, co może mieć wpływ na wydajność urządzenia w niektórych typach obudów, gdzie wymagana jest taka ścieżka przewodzenia. Główną przyczyną tego typu awarii jest szybkie ogrzewanie się wilgoci zawartej w plastikowej obudowie. Wszystkie obudowy plastikowe pochłaniają wilgoć. W trakcie typowych czynności lutowania rozpływowego, gdy elementy SMD są montowane na PCB, wszystkie podzespoły są narażone na szybkie zmiany temperatury otoczenia. Każda pochłonięta ilość wilgoci jest bardzo szybko przekształcana w parę przegrzaną. Takie nagłe zmiany ciśnienia par mogą powodować rozszerzanie („puchnięcie”) obudowy. Jeżeli wartość ciśnienia przekroczy wytrzymałość zgięciową plastikowej obudowy, może doprowadzić do pęknięcia obudowy. W najlepszym przypadku, jeżeli nie dojdzie do pęknięcia obudowy, może wystąpić delaminacja wewnętrzna.

Komponenty MSD a lutowanie rozpływowe

Komponenty MSD (ang. Moisture Sensitive Devices) są hermetycznie zamkniętymi elementami elektronicznymi zbudowanymi z części plastikowych i materiałów organicznych. Wilgoć pochodząca z atmosfery przechodzi przez przepuszczalne materiały obudowy na zasadzie dyfuzji i gromadzi się na połączeniach różnych materiałów. Na wrażliwość obudowy na wilgoć ma wpływ wiele czynników. Można do nich zaliczyć wymiary wewnętrzne oraz konstrukcję ramki wyprowadzeniowej, wymiary zewnętrzne obudowy oraz właściwości fizyczne dołączanego obwodu zintegrowanego i tworzywa, z którego wytwarzana jest obudowa. Również wymiary matrycy, a nawet typ pasywacji mogą mieć wpływ na wrażliwość na wilgoć. Dwoma ostatnimi czynnikami, które mogą mieć wpływ na wrażliwość na wilgoć komponentów SMD jest ilość pochłoniętej wilgoci oraz temperatura, w jakiej prowadzony jest proces lutowania rozpływowego.

Standardy branży elektronicznej dostarczają wielu wytycznych, które często są trudne do zrozumienia i stanowią poważne wyzwanie podczas ich wdrażania. Uproszczone procedury ręczne często prowadzą do błędów i w konsekwencji do dużej liczby niepotrzebnych cykli osuszania komponentów i części. Wilgoć ma również znaczący wpływ na podatność ołowiu na lutowanie. Podczas lutowania rozpływowego kombinacja szybkiego rozprzestrzeniania się wilgoci oraz niewłaściwego dopasowania materiałów może prowadzić do pękania obudowy i/lub delaminacji krytycznych połączeń w obudowie. Takie wewnętrzne defekty są prawie niemożliwe do wykrycia w trakcie montażu i testów. Prowadzi to do dużej liczby możliwych usterek, mających negatywny wpływ na wydajność produkcji, a także skrócenie czasu eksploatacji produktów elektronicznych. Ryzyko powstania usterki podczas procesu lutowania rozpływowego jest związane bezpośrednio z poziomem wilgoci na krytycznym połączeniu znajdującym się najczęściej w środkowej części obudowy. Maksymalny dopuszczalny poziom wilgoci oraz szybkość dyfuzji wilgoci różnią się dla każdego rodzaju obudowy.

Aby zapewnić odpowiednio spójne wskazówki montażowe producenci części muszą przeprowadzić klasyfikację każdego nowego komponentu pod kątem tego, ile czasu zajmie pochłonięcie krytycznej ilości wilgoci w standardowym środowisku produkcyjnym.

Klasyfikacja wrażliwości komponentów SMD na wilgoć

Prawidłowe procedury przechowywania i obsługi podczas montażu PCB zostały jasno opisane we wspólnym standardzie IPC/JEDEC J-STD-033A dotyczącym obsługi, pakowania, wysyłki i użytkowania komponentów wrażliwych na działanie wilgoci. Specyfikacje te wyszczególniają metody testowania dla klasyfikacji wrażliwości na wilgoć komponentów SMD na jednym z ośmiu różnych poziomów.

Dla poziomów 3-6 procedura testu klasyfikacyjnego uwzględnia czas trwania absorpcji wilgoci w stałych warunkach przechowywania. Bardziej rygorystyczne warunki są używane dla poziomu 1 i 2. Po absorpcji wilgoci obudowy są poddawane 3 cyklom lutowania rozpływowego przy użyciu gorącego powietrza lub lamp na podczerwień. Maksymalna temperatura lutowania rozpływowego wynosi 219 st.C/225 st.C lub 235 st.C/240 st.C w zależności od wymiarów obudowy. Następnie produkt jest poddawany testowi elektrycznemu, automatycznej inspekcji optycznej AOI i/lub inspekcji przy użyciu metod mikroskopii akustycznej.

Obudowa jest przypisywana do najniższego poziomu wrażliwości na wilgoć dla testu, który przeszła z wynikiem pozytywnym. Jeżeli okaże się, że dany typ obudowy jest wrażliwy na działanie wilgoci (poziom od 2 do 6), taki produkt musi być wysyłany w opakowaniu próżniowym (ang. Dry Pack). Opakowanie próżniowe to najczęściej wytrzymały worek odporny na działanie wilgoci. Produkt wrażliwy na działanie wilgoci jest również poddawany całodniowemu procesowi osuszania w temperaturze 125 st.C. Produkty w opakowaniach próżniowych powinny być zawsze obsługiwane w magazynach zgodnie z zasadą FIFO („pierwszy przyszedł, pierwszy wyjdzie”), aby zapewnić, że nie zostanie przekroczony termin ważności dla opakowań próżniowych.

Przechowywanie, montaż i lutowanie komponentów MSD

Standard określa, że komponenty wrażliwe na działanie wilgoci muszą być prawidłowo klasyfikowane, identyfikowane i pakowane w opakowania próżniowe zanim zostaną poddane procesom montażu powierzchniowego. Po otwarciu opakowania próżniowego, każdy komponent wrażliwy na działanie wilgoci musi zostać zamontowany i poddany procesowi lutowania rozpływowego w ściśle określonych ramach czasowych.

Procedury prawidłowej obsługi wymagają, aby całkowity łączny czas narażenia komponentów wrażliwych na działanie wilgoci był monitorowany podczas całego procesu produkcji aż do chwili, gdy wszystkie komponenty zostaną przekazane do lutowania rozpływowego.

Po otwarciu opakowania próżniowego, należy sprawdzić dwie rzeczy: datę szczelności na etykiecie oraz wskaźnik wilgoci na worku. Jeżeli termin ważności uszczelnienia worka został przekroczony (wynosi zwykle 1 rok) i/lub wskaźnik wilgoci wskazuje wartość >20% RH, produkt musi zostać poddany ponownemu procesowi osuszania. Jeżeli termin ważności i wartość wskaźnika wilgoci mieszczą się wymaganych ramach czasowych i wartościach, to komponenty są gotowe do wykorzystania w montażu. Proces lutowania rozpływowego musi zostać przeprowadzony w ściśle określonym czasie, podanym na etykiecie ostrzegawczej. Niespełnienie tego warunku może prowadzić do uszkodzenia produktu. Kontrola materiałów i procesów produkcyjnych jest bardzo trudna w złożonych środowiskach produkcyjnych, gdy komponenty wrażliwe na wilgoć są często zdejmowane z linii i przechowywane w specjalnych szafkach lub opakowaniach próżniowych.

Dla producentów sprzętu elektronicznego niezwykle ważna jest czytelna i jasna identyfikacja pojemników zawierających komponenty wrażliwe na działanie wilgoci. Istotne jest prowadzenie specjalnego dziennika, w którym odnotowywany jest łączny czas kontaktu z wilgocią dla danego pojemnika z częściami MSD. Należy zapewnić spójność pomiędzy oznaczeniami w dzienniku a oznaczeniami na poszczególnych pojemnikach z komponentami wrażliwymi na wilgoć. Ważne jest również monitorowanie terminów ważności i eksploatacji komponentów MSD, jeżeli są składowane przez dłuższy czas.

Standard IPC/JEDEC J-STD-033A określa również dodatkowe wymagania, które należy uwzględnić dla przechowywania komponentów MSD w stanie suchym, jak również dla warunków produkcji.

Newsletter

Dowiedz się pierwszy o nowościach i promocjach

Wszystkie prawa zastrzeżone © EAE Elektronik Spółka z o.o. Polityka prywatności Polityka cookies