Popkorneffekt | ||
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Presse Robert Rowland (SMT) Feuchtigkeitsempfindliche Bauteile Das Thema feuchtigkeitsempfindliche Bauteile ist zwar ziemlich langweilig, aber doch von großer Bedeutung, und wird oft mißverstanden. Der vermehrte Gebrauch von feuchtigkeitsempfindlichen Bauteilen wie FinePitchGeräten und Ball Grid Arrays (BGA) hat die Aufmerksamkeit für diesen Störungsmechanismus erhöht. Wenn Bauteile den hohen Temperaturen während des Reflow-Lötens ausgesetzt werden, erzeugt die in der Kunststofffläche der SMT-Bausteine eingeschlossene Feuchtigkeit genügend Dampfdruck, um den Baustein zu beschädigen oder gar zu zerstören. Zu den üblichen Fehlerquellen gehören: interne Abtrennung (Ablösung) des Kunststoffes von der Gußform oder dem Kabelrahmen, Beschädigung der Drahtklebestelle, Beschädigung der Gußform und interne Risse, die nicht bis zur Oberfläche durchgehen. In extremen Fällen erstrecken sich die Risse tatsächlich bis zur Oberfläche, in den schwersten Fällen bricht das Bauteil auf (wird als "Popcorn"-Effekt bezeichnet). Die IPC - Association Connecting Electronic Industries schuf und veröffentlichte die Norm IPC-M-109, Moisture-sensitive Component Standards and Guideline Manual. Sie beinhaltet die folgenden sieben Dokumente:  Das ursprüngliche Dokument für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile, IPC-SM-786, Procedures for Charac-terizing and Handling of Moisture/Reflow Sensitve ICs ist nicht mehr gültig. IPC/JEDEC J-STD-020 definiert die Klassifizierungsverfahren für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile, d.h. nicht hermetische Gehäuse aus feuchtigkeitsaufnehmenden Stoffen wie z.B. Kunststoff. Das Verfahren schließt die Einwirkung von Reflow-Löttemperaturen, gefolgt von einer sorgfältigen Sichtprüfung, einer Schallprüfung, Querschnitten und elektrischen Prüfungen ein. Die Testergebnisse basieren auf der Bauteilgehäusetemperatur, da die Kunststoffhülle das größte Problem darstellt. Die normale Löttemperatur liegt bei 220 °C +5 °C/-0 °C, bei Lötexperimenten wurde jedoch entdeckt, daß kleine Bauteile Temperaturen von bis zu 235 °C erreichen können, wenn für die Platine ein Temperaturprofil für großvolumige Bauteile erstellt wurde. Wenn eine höhere Temperatur möglich ist, wie es z.B. bei einer Platine, die sowohl klein- als auch großvolumige Bauteile enthält, der Fall ist, wird für die Bewertung eine Löttemperatur von 235 °C empfohlen. Konvektionsdominante, Infrarot-(IR-) dominante oder Lötgeräte mit Dampfphase können verwendet werden, solange sie das gewünschte Lötprofil gemäß J-STD-020 erreichen. Die acht Feuchtigkeitsklassifizierungen und Lagerzeiten sind unten aufgelistet. Für Einzelheiten bezüglich der Sättigungszeitkriterien siehe J-STD-020. (Bei Klasse 6 müssen die Bauteile vor dem Gebrauch getrocknet und innerhalb des Zeitraums, der auf dem Warnaufkleber zur Feuchtigkeitsempfindlichkeit angegeben ist, aufgelötet werden). Eine Gewichtszunahme-Analyse (Referenz J-STD-020) legt eine geschätzte Lagerzeit fest, und die Gewichtsverlust-Analyse legt die Trocknungszeit fest, die erforderlich ist, um die überschüssige Feuchtigkeit im Bauteil zu eliminieren. J-STD-033 enthält detaillierte Informationen zu Trocknungstemperatur und -zeit. IPC/JEDEC J-STD-033 enthält Empfehlungen für den Umgang mit, die Verpackung, den Versand und die Trocknung von feuchtigkeitsempfindlichen Bauteilen. Die Betonung liegt dabei auf Verpackung und Vermeidung von Feuchtigkeitsabsorption. - Trocknen im Ofen oder mit Trocknungsmittel kann nur das letzte Hilfsmittel sein, wenn das Bauteil zu lange der Feuchtigkeit ausgesetzt war. Trockenverpackung bedeutet, die Bauteile in feuchtigkeitsbeständigen Beuteln mit Trocknungsmittel, einer Feuchtigkeitsindikatorkarte und Warnaufklebern für Feuchtigkeitsempfindlichkeit zu verpacken. Die Aufkleber enthalten Informationen über die Lagerzeit bei bestimmter Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Höchsttemperatur des Gehäuses (220 oder 235 °C), Einwirkzeit nach dem Öffnen des Beutels, Einzelheiten darüber, wann eine Trocknung im Ofen erforderlich ist, das Trocknungsverfahren und das Verschlußdatum des Beutels. Klasse 1. Trocknen vor dem Verpacken ist optional, Verpacken und Trocknungsmittel sind optional, und Aufkleber sind nur dann notwendig, wenn die Bauteile für eine Reflow-Löttemperatur von 235 °C klassifiziert sind. Klasse 2. Trocknen vor dem Verpacken ist optional, Verpacken und Trocknungsmittel sind erforderlich und Aufkleber sind erforderlich. Klasse 2a bis 5a. Trocknen vor dem Verpacken ist erforderlich, Verpacken und Trocknungsmittel sind erforderlich und Aufkleber sind erforderlich. Klasse 6. Trocknen vor dem Verpacken ist optional, Verpacken und Trocknungsmittel sind optional und Aufkleber sind erforderlich. Das Trocknen der Bauteile kann auf zwei Arten erfolgen: Trocknen mit Trocknungsmittel oder im Ofen. Trocknen bei Zimmertemperatur, eine Option für Bauteile, die nicht länger als 8 Stunden Bedingungen ausgesetzt waren, die 30 °C und 60% Luftfeuchtigkeit nicht überschritten, erfordert standardmäßige Trockenpackverfahren oder eine Trockenbox, die in der Lage ist, 25 °C ± 5 °C mit einer Luftfeuchtigkeit von weniger als 10% RL aufrechtzuerhalten. Das Trocknen im Ofen ist etwas komplizierter, als sich das die meisten Menschen vorstellen. Es gibt Trocknungsempfehlungen für Bauteile, die bereits im Trockenpack waren und für Bauteile, die noch nicht im Trockenpack waren, je nach Klasse und Stärke der Verpackung. Die Vortrocknung wird verwendet, um die Bauteile für die Trockenverpackung vorzubereiten, während das Nachtrocknen zur Neukonditionierung von Bauteilen nach dem Ablauf der Lagerzeit verwendet wird. Überprüfen und befolgen Sie die Empfehlungen für Zeit/Temperatur für das Trocknen in J-STD-033. Die Trocknungstemperaturen können die Lötfähigkeit der Drähte durch Oxidation oder zu große intermetallische Ausdehnung verschlechtern. Auf keinen Fall dürfen Bauteile im Ofen bei Trocknungstemperatur gelagert werden. Es ist zu beachten, daß Hochtemperatur-Trays bei 125 °C getrocknet werden können, während Niedertemperatur-Trays nur bei Temperaturen getrocknet werden können, die nicht höher als 40 °C liegen. Die Empfehlungen der IPC vor dem Trocknen und vor dem Verpacken sind wie folgt: Verpackungsstärke max. 1,4 mm: Für die Klassen 2a bis 5a liegt die Trocknungszeit zwischen 8 und 28 Stunden bei 125 °C oder zwischen 4 und 14 Stunden bei 150 °C. Verpackungsstärke max. 2,0 mm: Für die Klassen 2a bis 5a liegt die Trocknungszeit zwischen 23 und 48 Stunden bei 125 °C oder zwischen 11 und 24 Stunden bei 150 °C. Verpackungsstärke max. 4,0 mm: Für die Klassen 2a bis 5a liegt die Trocknungszeit bei 48 Stunden bei 125 °C oder bei 24 Stunden bei 150 °C. Verpackungsstärke max. 1,4 mm: Für die Klassen 2a bis 5a liegt die Trocknungszeit zwischen 4 und 14 Stunden bei 125 °C oder zwischen 5 und 19 Stunden bei 40 °C. Verpackungsstärke max. 2,0 mm: Für die Klassen 2a bis 5a liegt die Trocknungszeit zwischen 18 und 48 Stunden bei 125 °C oder zwischen 21 und 68 Stunden bei 40 °C. Verpackungsstärke max. 4,0 mm: Für die Klassen 2a bis 5a liegt die Trocknungszeit bei 48 Stunden bei 125 °C oder zwischen 67 und 68 Tagen bei 40 °C. Vermeiden Sie Probleme mit Feuchtigkeitsempfindlichkeit, indem Sie sich mit dem Inhalt von IPC-M-109, Moisture-sensitive Component Standards and Guideline Manual, vertraut machen. -------------- ROBERT ROWLAND ist beratendes Mitglied der SMT-Redaktion, Schulungsleiter und Mitautor des Buches Applied Surface Mount Assembly. Er ist zur Zeit Prozeßmanager bei der RadiSys Corp. in Hillsboro, Oregon und technischer Konferenzdirektor der SMTA International. Er ist darüber hinaus aktives Mitglied der SMTA und des Surface Mount Councils und Träger des SMTA Founders Award. Er ist zu erreichen unter (503) 615-1354; E-mail: rob.rowland@radisys.com. Note 1.: Ab July.2002 gilt die neuen Norm JEDEC-JTD- 033A Note 2.:Ab July.2006 gilt die neue Norm JEDEC-JTD-020C wegen Bleifreiumstellung. |
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