MSD manipulace: vysoušedla a dusík, mýty a možnosti

Problémům s mikrotrhlinkami a s rozvrstvením při zpracování součástek elektroniky je možné se vyvarovat vhodným uskladněním. S nástupem používání bezolovnatého pájení a používání vyšších pájecích teplot se příslušným způsobem značně zvýšil i tlak vodních par uvnitř součástek (až 30 barů). Výrobci dodávají tyto citlivé součástky v ochranném balení (vakuované), aby zabránili pohlcení vlhkosti během přepravy a při uskladnění. Otevřením sáčku však začíná proces, při kterém součástky pohlcují vlhkost. V závislosti na vlhkosti a teplotě okolního vzduchu mohou být součástky bezpečně použity pouze po určitou omezenou dobu. Toto časové období je klasifikováno předpisem IPC/JEDEC J-Std 033B.1. Když součástka překročí přípustnou dobu expirace, může být zahřátím snížen obsah vlhkosti v ní, načež by měla být součástka ihned zpracována. Ačkoliv sjednaný standard dovoluje i druhé zahřátí, musí být zabráněno opakované absorpci vlhkosti, neboť při ní dochází k následné oxidaci. Ta snižuje smáčecí schopnost povrchů. V boji s tímto všeobecně dobře známým účinkem mnoho dodavatelů sušicích pecí používá redukci kyslíku použitím dusíkové atmosféry nebo vakua během postupu sušení. Po nastavení hodin zpět na nulu mohou být součástky použity nejdéle po dobu 48 hodin. To s sebou nevyhnutelně přináší značné náklady na dusík, protože jedině nízký zbytkový obsah kyslíku (méně než 13 ppm) zaručuje zastavení oxidace.

Vzhledem k značně vyššímu obsahu cínu v bezolovnatých pájecích slitinách je třeba počítat s rostoucím významem ochrany před oxidací během uskladnění. To je zapříčiněno vyšší oxidací těchto slitin a obecně horší smáčecí schopností a roztékáním bezolovnatých pájecích slitin.

Kyslík způsobující oxidaci vzniká ze dvou různých zdrojů. Prvním je kyslík molekulový – O2, nachází se v okolní atmosféře. Avšak kvůli jeho kovalentní vazbě se vyskytuje jen při teplotách vyšších než 40 °C. Druhým a ve skutečnosti více agresivním nosičem kyslíku je molekula vody – H2O. Atom kyslíku má jen slabou vazbu a značná oxidace je pozorovatelná již při nízkých teplotách. To znamená, že pro oxidaci uskladněných součástek je rozhodující ne obsah kyslíku, ale daleko více obsah vlhkosti. Technicky je možné řešit oba problémy současně. Avšak je důležité vyhnout se teplotám nad 40 °C, tím vyloučit vzdušný kyslík jako partnera reakce a zajistit tak silné odvlhčení vzduchu ve stejnou dobu. K dosažení tohoto cíle byly sušicí skladovací systémy navrženy tak, aby vytvářely vnitřní atmosféru s RH pod 1 %. Jen tímto extrémně nízkým obsahem vlhkosti je možné chránit součástky nejen proti pohlcování další vlhkosti, ale současně také odstranit vlhkost již pohlcenou uvnitř balení se součástkami. Jak ukazuje diagram níže, dokonce ani uskladnění ve velmi čistém dusíku neumožní efektivní odvlhčení součástek pod úroveň 0,1 Wt %.

Obr. 1 Závislost absorbce na čase

Pro rychlost pronikání tepla umožňující sušení součástek je rozhodující rozdíl koncentrace a teploty. Nyní jsou dostupné sušicí kabinety pro velmi nízkou vlhkost, které mohou udržovat nízkou zbytkovou vlhkost pod 1 % RH. Nejmodernější technologie dokonce poskytují dobu regenerace (po otevření dvířek) kratší než jednu minutu. Tímto nabízejí nejen bezpečné uskladnění, ale i efektivní sušení součástek, a to dokonce při pokojové teplotě. Tohoto není možné dosáhnout použitím pouze samostatného dusíku.

Nesouhlasíte? Dejte tedy po jednom jablku do každého typu sušičky a uvidíte, jak budou vypadat za den.

Součástky uskladněné v sušicím kabinetu s velmi nízkou RH využívají takové technologie, které je v tu samou dobu odvlhčují a připravují k dalšímu zpracování. Dobrou praktickou vlastností prevence oxidace je delší čas uskladnění bez použití sáčků na ochranu proti vlhkosti.

Řádné zajištění kvality a spolehlivosti při výrobě sestav elektroniky začíná kontrolovaným uskladněním součástek a PCB.