Długoterminowe przechowywanie komponentów

W dyskusji na temat długoterminowego przechowywania komponentów zabiera głos Paul Austen, starszy inżynier projektu w Electronic Controls Design Inc.: ‘Większość producentów wysyła swoje produkty o poziomie wrażliwości na wilgoć MSL > 1 w woreczkach zapobiegających przedostawaniu się wilgoci (Moisture Barrier Bag, MMB),  zawierającym dodatkowo środek osuszający, aby utrzymać wilgotność bliską zera oraz kartę stanowiącą wskaźnik wilgotności (Humidity Indicator Card, HIC), która jest umieszczana w woreczku celem potwierdzenia poziomu wilgotności. Trzeba jednak pamiętać, iż tak zapieczętowany MMB jest ważny tylko przez rok (chyba że producent mówi inaczej).

Tak więc, zgodnie z J-STD-033, najlepszym środowiskiem do przechowywania komponentów przez długi czas, są te same podstawowe warunki, jakie panują w MMB, czyli przede wszystkim <5%RH. Jest to najlepszy sposób na zatrzymanie wchłaniania wilgoci, korozji kontaktowej i zapobieganie konieczności wygrzewania komponentów przed użyciem.

Jednak bardzo ważną kwestią jest udowodnienie, że te warunki rzeczywiście utrzymywały się przez całe 10 lat! W tym miejscu, kluczowe znaczenie dla udowodnienia zgodności z J-STD-033, ma system monitorowania wilgotności i temperatury przechowywania. Bez danych wykazujących zgodność z wymaganymi poziomami wilgotności względnej w systemie przechowywania, firmy są zmuszony do wygrzewania komponentu przed użyciem, co może powodować korozję i możliwe uszkodzenia komponentów'.

Jakie są w istocie zagrożenia, wynikające z długoterminowego przechowywania komponentów, przypomina Fritz Byle, inżynier procesu z firmy Astronautics:

1. Utlenianie wyprowadzeń ołowianych szkodzi  lutowności
2. Podobnie, na lutowność negatywny wpływ ma wzrost warstw intermetalicznych, który może sięgać aż do powierzchni
3. Eliminacja wilgoci wymaga wygrzewania wstępnego, co wiąże się z dodatkowym ryzykami opisanymi w punktach 1 i 2.

'Ryzyko opisane w punktach 1 i 3 można osiągnąć poprzez wykluczenie obecności tlenu i wilgoci. Zamknięta MBB oczyszczona azotem z odpowiednią ilością środka osuszającego będzie działać przez około trzy lata’ tutaj warto zauważyć, że poprzedni ekspert wskazuje, iż woreczek dostarczany przez producenta działa tylko rok. ‘Czas zależy wyłącznie od jakości worka (tj. jego przepuszczalności) oraz jakości zgrzewu. Zamiast przepakowywania w określonych odstępach czasu, przechowywanie MBB w oczyszczonej azotem szafce pozwoli na utrzymywanie suchego, wolnego od tlenu środowiska w MBB przez czas nieokreślony.

Ograniczenie ryzyka opisanego w punkcie 2 nie może być osiągnięte przez wykluczenie tlenu i/lub wilgoci. Jedynym sposobem na spowolnienie wzrostu warstw intermetalicznych jest przechowywanie części w niskich temperaturach, ale z drugiej strony nie jest to zalecane. Większość dobrze wykonanych wyprowadzeń komponentów, przechowywanych w temperaturze 20°C, nie powinna ulegać degradacji do punktu utraty lutowności przez okres 10 lat’.

Jak już wspomniano, przechowywanie komponentów przez długi czas opiera się na wymaganiach normy J-STD-033. Dokument ten  określa również czasy wygrzewania, zwłaszcza dla komponentów SMT, które mają być używane po okresie przechowywania. Leo Lambert, wiceprezes i dyrektor techniczny, EPTAC Corporation, omawia formalne wymagania dotyczące przechowywania:  

'W sekcji 5.3 wymienionej normy termin bezpieczne przechowywanie jest zdefiniowane, jako takie warunki przechowywania, które utrzymują okres życia komponentu (floor-life clock) na poziomie zerowym.

Punkt 5.3.1 mówi z kolei o suchym opakowaniu, czyli MBB, które powinny mieć okres przydatności do użytkowania wynoszący co najmniej 12 miesięcy od daty zamknięcia woreczka, wskazanej na etykiecie z ostrzeżeniem lub kodem kreskowym. Punkt 5.3.2 mówi, iż jeśli rzeczywisty okres przechowywania przekroczył 12 miesięcy, ale mniej niż 2 lata od daty zamknięcia woreczka MBB, natomiast karta wskaźnika wilgotności (HIC) wskazuje, że wygrzewanie nie jest wymagane, można bezpiecznie poddać komponenty procesowi lutowania rozpływowego (trzeba też pamiętać, iż inne czynniki, nie tylko wrażliwość na wilgoć, mogą wpłynąć na całkowity okres trwałości komponentów)'. I jeszcze uwaga od Leo Lambert’a: HIC, czyli karta wskaźnika wilgotności, która jest stale zaplombowana w MBB, jest zwykle dokładna przez co najmniej 2 lata.

'5.3.3 podaje kilka szczegółów na temat właściwości szaf do przechowywania w suchej atmosferze. Generalnie, są to szafy do przechowywania, które utrzymują niską wilgotność poprzez przedmuchiwanie suchym powietrzem lub azotem w temperaturze 25 +/- 5 °C. Szafy muszą być w stanie powrócić do zadanego poziomu wilgotności w ciągu jednej godziny od rutynowych czynności, takich jak otwieranie/zamykanie drzwi. Według punktu 5.3.3.1 opakowania SMD niezamknięte w MBB można umieszczać w szafie z suchą atmosferą, utrzymywaną przy wilgotności względnej nie większej niż 10%. Tego typu suche szafki nie powinny jednak być uważane za MBB: przechowywanie SMD w suchych szafach powinno być ograniczone do maksymalnego czasu zgodnie z tabelą 7-1, podaną w normie. Jeśli limit czasu zostanie przekroczony, należy je wygrzewać zgodnie z tabelą 4-2, aby ‘wyzerować; okres używalności (normę znajdziecie na przykład na stronie Digi-Key).

5.3.3.2 mówi o suchych szafach utrzymujących 5% RH.  Przechowywanie w tego typu suchych szafkach można uznać za równoważne przechowywaniu w suchym opakowaniu o nieograniczonym okresie trwałości'.

Również Leo Lambert przypomina, iż wilgoś to jedno, ale trzeba też pamiętać o lutowalności wyprowadzeń komponentów, na które mogą mieć wpływ dwa inne elementy: wzrost warstwy międzymetalicznej w wyniku dyfuzji w stanie stałym oraz narażenie komponentu na zanieczyszczenia osadzające się na jego powierzchniach. Dlatego rekomenduje się przechowywanie układów w temperaturze poniżej 30°C.

Zdjęcie tytułowe: © Bury