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Elektronikproduktion | 11 Dezember 2008

Empfindliche Bauteile sicher, trocken und schnell lagern

Es ist bekannt, dass SMD-Bauteile wie QFPs, BGAs aber auch LEDs und Keramikkondensatoren feuchtigkeitsempfindliche Bauteile sind. Doch auch Leiterplatten müssen verstärkt als Moisture-Sensitive-Devices behandelt werden, insbesondere Multilayer- und Flex-Leiterplatten.

Diese Komponenten nehmen über ihre Oberflächen Wasserdampf auf, der in das Basismaterial diffundiert. Verstärkt wird dieses Verhalten durch die weitere Miniaturisierung und die zunehmende Verwendung von Flammhemmern bei der Leiterplattenproduktion, die stark hygroskopisch sind. Steigt die Feuchtigkeitsaufnahme über eine kritische Grenze, kommt es bei der Desorption des aufgenommenen Wasserdampfes während des Lötprozesses zu den bekannten Fehlern wie inneren Delaminierungen des Gehäuse-Materials vom Halbleiterchip (die), Verbindungsschäden (bond damage) oder Abheben des Halbleiterchips bis hin zum Popcorning. Feuchtigkeitsschutz ist eine Aufgabe der gesamten Logistikkette. Lange Zeit setzten sich nur die produzierenden Unternehmen mit dem Problem des Feuchtigkeitsschutzes auseinander – und häufig taten Sie das nur, wenn die Fehler bereits aufgetreten waren. Mittlerweile sind Trockenlagerungssysteme ein fester Bestandteil jeder Produktionslinie. Doch immer mehr Auftraggeber aus der Automobil-, Luftfahrt- oder Maschinenbaubranche geben sich damit nicht mehr zufrieden. Sie fordern ein ganzheitliches Moisture-Sensitive-Management, das die Hersteller von Komponenten und Distributoren mit einschließt, ähnlich wie beim ESD-Schutz. Der Trockenprozess Alle Bauteile der MSL-Klassen 2 a bis 5 a können gemäß der IPC/JEDEC-J-STD-033B.1 bei einem Wasserdampfgehalt von weniger als 1,9 g/m³ für unbegrenzte Zeit gelagert werden. Wird der Umgebungsluft noch mehr Feuchtigkeit entzogen, wird die Dampfdruckdifferenz so groß, dass die Wassermoleküle in den Bauteilen dessen Adhäsionskräfte überwinden und wieder an die Umgebungsluft abgegeben werden. Die Bauteile werden getrocknet. Alle Lagersysteme der SD/HSD-Serie von Totech Europe schaffen eine Atmosphäre von 1 bzw. 2 % rF bei Raumtemperatur und erzeugen mit einem Wasserdampfgehalt von weniger als 0,6 g/m³ faktisch ein „Feuchtevakuum“. Dies führt dazu, dass bereits aufgenommene Feuchtigkeit wieder abgegeben wird. Es findet ein Rücktrocknungsprozess statt. Dieser ist überaus schonend, da die Bauteile keinerlei thermischem Stress ausgesetzt werden und dadurch weder die Gefahr der Oxidation noch die des Intermetallischen Wachstums besteht. Um die Trocknungszeiten zu verkürzen, kann dieser Prozess thermisch unterstützt werden. Um Oxidationsprobleme zu vermeiden ist es zwingend notwendig, dass dieser Prozess ebenfalls in einem „Feuchtevakuum stattfindet. Der 60 °C-Adsorptionstrockenschrank Der XSD-1404 Adsorptionstrockenschrank ermöglicht aufgrund seiner sehr guten Isolierung eine energieeffiziente Trocknung sämtlicher sensibler Bauteile. So kann er zum IPC-konformen Tempern bei 40 °C genauso eingesetzt werden wie zur Trocknung von Reels oder Tubes bei 50 °C oder von Leiterplatten bei 60 °C. Die neu entwickelte Hochleistungstrockeneinheit erreicht Luftfeuchtigkeitswerte von unter 0,5 % rF. Selbst das Öffnen der Tür lässt die Luftfeuchtigkeit kaum über 5% ansteigen und sinkt innerhalb von wenigen Minuten wieder unter 1 % rF. Alle Einstellungen lassen sich bedienerfreundlich am Toch-Screen des Schrankes vornehmen. Der integrierte Datenlogger ermöglicht eine lückenlose Aufzeichnung aller relevanter Daten wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Türöffnungszyklen. Die Messwerte werden von einem sehr schnell reagierenden Präzisionssensor geliefert, der damit die Basis für eine verlässliche Dokumentation im Rahmen eines Moisture-Sensitive-Managements bildet. Die Daten werden auf einer SD-Karte aufgezeichnet und können an jedem Computer ausgelesen werden. Ist Stickstofflagerung noch sinnvoll? Immer wieder findet man noch reine Stickstoff-Lagersysteme. Der Stickstoff wird eingesetzt, um feuchte Luft die sich im Schrank befindet, zu verdrängen. Hierfür sind Unmengen von Stickstoff notwendig. Das ist energieaufwändig und erzeugt hohe laufende Kosten. Um auf einen Luftfeuchtigkeitswert von 5 % rF zu kommen, müssen Stickstoffschränke minutenlang mit einem hohen Volumenstrom geflutet werden – es erfolgt ein mehrfacher Austausch des Schrankvolumens. Luftfeuchtigkeitswerte von 1 oder 2 % rF sind faktisch nicht zu erreichen und damit findet auch keine Rücktrocknung statt. Bei hohen Zugriffsraten wird der Schrank fast permanent mit Stickstoff beflutet, was zu immensen Verbrauchskosten führt und die Umgebungsluft mit Stickstoff anreichert. Die Vorteile dieses Systems liegen ausschließlich beim Stickstoff-Lieferanten. Oxidationsschutz durch trockene Lagerung In trockener Atmosphäre gibt es keine Korrosion. Für das Auftreten von Korrosion müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein: Es muss ein Oxidationsmittel und eine wässrige Lösung, die als Elektrolyt wirkt, vorhanden sein. Der Sauerstoff in der Luft bildet das Oxidationsmittel, der Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit) den Elektrolyten. Die kritische Grenze, bei der eine Oxidation mit atmosphärischem Sauerstoff stattfindet, liegt je nach Metall oder Legierung bei 40 bis 70 % rF. Das bedeutet, dass mehr als 8 Gramm Wasserdampf pro m³ vorhanden sein muss. Die absolute Feuchtigkeit in den Totech-Trockenlagerschränken liegt bei einer Temperatur von 60 °C und 1 % rF bei weniger als 1,4 g/m³, bei 40 °C bei 0,5 g/m³. Unter diesen Bedingungen kann keine Kathodenreaktion und damit auch keine Oxidation stattfinden. Textquelle: Wolfgang Werner, Totech Europe, Güglingen
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2019.06.17 21:26 V13.3.21-1