Wilgoć w PCB: lekcja dla zaawansowanych (cz.1)
Pierwsza część cyklu, szczegółowo omawiającego kompletne spektrum zagadnień, związanych z wilgocią w PCB. W tej części przedstawiono fizyczny mechanizm absorbcji wilgoci oraz główne czynniki, wpływające na łatwość jej przenikania do wnętrza PCB.
Czynniki, wpływające na zawartość wilgoci w PCB
Rysunek 4: Wykres Ischigawa - czynniki wplywające na zawartośc wilgoci w PCB.
Materiały
Pod względem pochłaniania i przepuszczalności wilgoci materiały, z których wykonywane są PCB, znacznie się różnią:
• Soldermaska wykazuje absorpcję wilgoci podobną do żywic epoksydowych i nie stanowi bariery dla jej wnikania, jest praktycznie neutralna pod tym względem.
• Miedź nie wchłania wilgoci i stanowi dla niej barierę. Zamknięta miedziana powierzchnia warstw zewnętrznych nie chroni jednak przed wchłanianiem wilgoci - nadal jest to możliwe dzięki otwartym krawędziom i dłuższym ścieżkom. Duża powierzchnia miedzi zawsze stanowi przeszkodę dla absorpcji wilgoci ale także dla procesu suszenia.
• Tworzywa sztuczne, takie jak żywice z jakich wykonywane są substraty, różnią się znacznie pod względem absorpcji wilgoci, od prawie zera dla LCP (polimeru ciekłokrystalicznego), przez około 0,4 procent wagi (% wag.) w przypadku standardowej żywicy epoksydowej, do nawet kilku procent wagowych, na przykład dla folii poliimidowych. W płytce drukowanej można łączyć różne materiały, na przykład w przypadku sztywno-giętkich stosuje się kombinację sztywnych substratów i elastycznych folii poliimidowych. Odporność na temperaturę poszczególnych materiałów można wykorzystać jako pierwszy wskaźnik zdolności żywic epoksydowych do absorpcji wilgoci: materiały o średniej i wysokiej Tg zazwyczaj wykazują wyższą absorpcję wilgoci w porównaniu z żywicą epoksydową Tg 135°C.
W przypadku PCB, o których wiadomo, że są szczególnie wystawione na wilgoć, takich jak elastyczne lub sztywne-elastyczne PCB, oryginalne opakowanie powinno być oznakowane w następujący sposób:
Zgodnie z IPC/JEDEC J-STD-033 tak oznaczone PCB odpowiadają MSL6 dla komponentów i wciąż wymagają wygrzewania przed dalszymi etapami.
Sposób pakowania
Standardowe opakowanie PCB, jakie stanowi folia termokurczliwa PE, nie jest odporne na wilgoć i nie stanowi dla niej skutecznej bariery. (Również dodatkowe opakowanie z PE nie zapewnia ochrony przed wchłanianiem wilgoci!}.
Specjalne opakowanie z powłoką aluminiową i zdefiniowaną wysoką wartością MVTR (Moisture Vapor Transmission Rate) stanowi rozwiązanie, jednak jest bardzo kosztowne pod względem zużycia czasu i materiału. Należy wystrzegać się uszkodzeń opakowania MBB (Moisture Barrier Bag) przez ostre krawędzie PCB podczas transportu. Po otwarciu opakowania, podczas wszelkich związanych z procesem okresów oczekiwania na kolejne etapy należy ponownie zapewnić suchość PCB za pomocą odpowiednich środków.
Magazynowanie
Jeżeli suche PCB zostaną wystawione na działanie wilgotnego środowiska, równowaga wilgoci zostanie automatycznie przywrócona. Proces ten trwa wiele tygodni, zanim nastąpi nasycenie. Pod względem wilgotności dużą różnicę może stanowić fakt, czy PCB skierowane do produkcji od razu po dostawie czy np. po pół roku. W zależności od warunków przechowywania, PCB mogą być mniej lub bardziej wilgotne (jeśli są przykład są przechowywane w szafie klimatycznej).