Przechowywanie i ochrona płytek drukowanych FLEX, RIGID-FLEX i SEMI-FLEX

Wszystkie materiały używane w montażu płytek drukowanych powinny być chronione przed szkodliwym działaniem czynników środowiskowych. Jednym z podstawowych wymagań jest kontrola temperatury i wilgotności w pomieszczeniach produkcyjnych, ponieważ bez względu na warunki panujące w tych pomieszczeniach, płytki drukowane absorbują wilgoć z otoczenia w funkcji czasu. Materiały używane do produkcji obwodów drukowanych są z reguły higroskopijne, co oznacza, że mają tendencję do pochłaniania wilgoci z powietrza w trakcie przechowywania. Typowo w temperaturze 20°C i przy wilgotności 35% z powodu absorbcji pary wodnej ciężar podłoża wielowarstwowego może wzrosnąć o 0,12%. Jeżeli dodatkowo efekt kapilarny doprowadzi do wzrostu ciężaru podłoża o ponad 0,17%, to w wyniku podgrzewania w procesie lutowania możliwy jest lokalny wzrost ciśnienia pary wodnej do 8-10 barów, którego efektem będzie delaminacja warstw lub mikrouszkodzenia przelotek. Zgromadzona wilgoć w materiale może powodować również szereg innych niekorzystnych zjawisk, takich jak: korozja pól lutowniczych, czy zmiana stałej dielektrycznej, prowadząc do zmniejszenia prędkości propagacji szybkich sygnałów w obwodzie drukowanym. Wilgoć obniża również temperaturę zeszklenia (Tg) laminatu, co prowadzi do nadmiernych naprężeń termicznych powodujących uszkodzenia laminatu. Para wodna gromadząca się na styku żywicy i włókna szklanego może spowodować degradację międzyfazową, w wyniku czego powstają przewodzące włókna CAF (ang. Conductive Anodic Filament). Podłoża typu FLEX i RIGID-FLEX są w sposób szczególny narażone na tego typu zjawiska, w odróżnieniu od podłoży typu SEMI-FLEX (lub RIGID) opartych na laminatach typu FR4. Wynika to z zastosowania poliimidu jako części elastycznej obwodu drukowanego. Poliimidy charakteryzują się większym współczynnikiem absorbcji wilgoci - do 3% wagowo, przy współczynniku 0,15% dla laminatów na bazie FR4.

Powszechne mechanizmy powstawania defektów przypisywane absorpcji pary wodnej w płytkach PCB wymienione zostały poniżej. Wiedza na ich temat jest niezbędnym elementem przy wyborze najbardziej odpowiedniej strategii obniżania wilgotności PCB.

1. Para wodna zgromadzona w podłożu może prowadzić do powstawania pęcherzy lub rozwarstwienia warstwy wewnętrznej.

2. Nadmierna ilość pary wodnej zwiększa stałą dielektryczną (Dk) i współczynnik rozproszenia (Df), prowadząc do zmian prędkości propagacji sygnałów elektrycznych wielkiej częstotliwości.

3. Para wodna działa jak plastyfikator, zmniejszając temperaturę zeszklenia (Tg), co z kolei zwiększa naprężenia na wybranych elementach PCB, takich jak galwanizowane otwory przelotowe.

4. Stymulowane podwyższoną wilgotnością utlenianie powierzchni miedzi prowadzi do obniżenia zwilżalności pól lutowniczych i samego lutowia.

5. Korozja jonowa powoduje zwarcia lub rozwarcia w ścieżkach.

6. Degradacja międzyfazowa powodujące skrócenie czasu MTTF (Mean Time To Failure) dla urządzenia z powodu tworzenia się przewodzących włókien (CAF).

Pozostałe wymagania dotyczą przechowywania obwodów drukowanych, postępowania przy produkcji oraz ich pakowania na czas transportu. Zwykle producenci mają wdrożone odpowiednie procedury, które stosują prewencyjnie. Certyfikaty, takie jak ISO 9001 czy AS9100, wymagają opracowania i wdrożenia odpowiednich procedur. W międzynarodowym standardzie IPC-1601 (Printed Board Handling And Storage Guidelines) zostały opracowane wytyczne, które mają na celu ochronę płytek drukowanych przed zanieczyszczeniem, uszkodzeniami fizycznymi, degradacją lutowności, elektrycznością statyczną ESD (w razie potrzeby) oraz pochłanianiem wilgoci. Główną motywacją do opracowania normy była ograniczona aktualność i kompletność funkcjonujących dokumentów, które nie uwzględniały procesów lutowania bezołowiowego, jak również najnowszych technologii wytwarzania laminatów i pokryć zabezpieczających. W standardzie IPC uwzględniono rodzaje materiałów opakowaniowych, środowisko produkcyjne, sposób obchodzenia się z produktem, metody pakowania i transport. Ustalono również zalecane poziomy wilgotności, profile wygrzewania w celu usunięcia wilgoci oraz określono wpływ wygrzewania na lutowność płytki drukowanej. Jedyny funkcjonujący w branży standard skierowany jest przede wszystkim dla producentów płytek drukowanych. Znajomość jego wytycznych jest również szczególnie ważna dla producentów elektroniki, którzy ostatecznie odpowiadają za jakość gotowego produktu.