Gids voor vochtgevoeligheid in PCB's

Spring naar: Hoe vocht een PCB kan beïnvloeden | Vocht detecteren en verwijderen | Waarom gebeurt het? | IPC-normen voor vocht | Hoe vocht in PCB's te voorkomen | Hoe vocht van PCB's te verwijderen | Printplaten van MCL

Hoewel de effecten van delaminatie kunnen worden gedetecteerd via thermische beeldvorming en akoestische microscopie, zullen ze niet altijd zichtbaar zijn in de vorm van duidelijke symptomen zoals verkleuring en blaren op oppervlakken. Over het algemeen verdient het ten zeerste de voorkeur om te voorkomen dat vocht de PCB bereikt. Deze bescherming kan worden bereikt door processen zoals voorbakken en goed bewaren. Het ontwerp van de printplaat kan ook van invloed zijn op de vraag of vocht min of meer een probleem is. Een van de meest verontrustende problemen met printplaten (PCB's) is de aanwezigheid van vocht. Als er vocht aanwezig is in een PCB, kan de destabilisatie die hierdoor wordt veroorzaakt een delaminerend effect hebben op de oppervlakte-elementen. Telkens als er aan de printplaat wordt gesoldeerd of bewerkt, kan de delaminatie gemakkelijk uitzetten als gevolg van het vochtgehalte.

Hoe vocht een PCB kan beïnvloeden

De aanwezigheid van vocht kan leiden tot verschillende functionele storingen op een PCB, afhankelijk van welke componenten of geleidende paden ermee in contact komen als diffusie plaatsvindt. Vocht kan etteren in het epoxyglas, hars of glasinterfaces en scheuren in een plaat. Problemen die vaak worden geassocieerd met vocht zijn onder meer vertraagde circuitsnelheden en langere vertragingstijden met de functies van een overeenkomstig apparaat. Als het probleem een ​​bepaalde limiet overschrijdt, kan het apparaat eenvoudig niet worden geactiveerd.

Er zijn tests uitgevoerd die de effecten van vochtopname en -desorptie in printplaten laten zien. In een PCB met geplateerde doorgaande gaten van verschillende dichtheid, hebben ingesloten hoeveelheden vocht verschillende desorptiesnelheden op basis van de afstand tussen elk gat. In PCB's die sterk verzadigd zijn, kan desorptie honderden uren duren in omgevingen met hoge temperaturen.

Als een printplaat in een omgeving wordt geplaatst waar de atmosferische vochtdruk de weerstand van de printplaat en zijn componenten overschrijdt, kan vocht de printplaat binnendringen. Om te voorkomen dat vochtdelaminatie op een PCB inwerkt, moet solderen alleen worden uitgevoerd bij hoge temperaturen van minder dan 0,1 procent vochtgehalte of met lage temperaturen van minder dan 0,2 procent vochtgehalte. Solderen op hoge temperatuur zou rond de 260 graden Celsius schommelen, terwijl solderen bij lage temperatuur in de marge van 230 graden Celsius zou zijn.

Vocht detecteren en verwijderen

Wanneer metingen worden gedaan aan het vermogen van een PCB om elektrische energie op te slaan, kan een verandering in het vochtgehalte in het bord worden gedetecteerd. Hierbij worden capaciteitssensoren gebruikt. Capaciteitsniveaus bewegen omgekeerd evenredig met de dichtheid van het gat. Als de laatste hoog is, is de eerste laag omdat er minder afstand is tussen het vocht en het oppervlak, maar meer ruimte voor het vocht om te ontsnappen.

In niet-PTH-printplaten neemt de capaciteit in een sneller tempo af. Als zodanig is er minder baktijd nodig om deze platen een voldoende laag vochtgehalte te geven. Op PTH-platen is er minder ruimte om het vocht te laten ontsnappen.

Vanwege het omgekeerde effect van koperen vlakken op het desorptieproces, moeten ze worden gebakken met aandacht voor hun ontwerp. Aan de ene kant kun je het vocht effectiever uit een bord verwijderen door het bakproces langer te laten duren, maar dit kan de soldeerbaarheid en functionele capaciteit van het bord verminderen. Daarom moet de baktijd worden gemeten om deze mogelijke bijwerkingen te voorkomen.

Het proces van vochtverwijdering levert niet altijd voorspelbare resultaten op. Een paar identieke koperen vlakken kan bijvoorbeeld een centrale opflakkering van vocht ondergaan als het bakken op gang komt, om even later te diffunderen. Als deze tijdelijke zwelling van vocht optreedt in een gebied van de plaat waar delaminatie het meest waarschijnlijk is, kan dit de onbedoelde bijwerking van het bakken zijn.

Bij sommige platen is het verwijderen van vocht gewoon niet mogelijk als het vocht zich door meerdere lagen heen heeft verspreid. Daarom is het cruciaal om maatregelen te nemen om te voorkomen dat vocht in het bord komt tijdens het eerste montageproces.

Waarom gebeurt het?

Een van de meest voorkomende manieren waarop PCB's aan vocht worden blootgesteld, is door contact met kou winterse lucht. Bij koude temperaturen is er niet genoeg warmte in de atmosferische lucht om vocht op te nemen. Als gevolg hiervan komt de bevochtigde inhoud van de lucht vrij op koude oppervlakken. Als een oppervlak kouder wordt dan de lucht zelf, kan dat oppervlak als magneet dienen voor vrijkomend vocht, oftewel condensaat. Dit proces is de reden waarom ramen in de winter vaak beslagen zijn.

Koude artikelen die in de buurt van condensatiegebieden worden geplaatst, kunnen ook vocht uit de lucht aantrekken. Een vaas die bijvoorbeeld langs de vensterbank van een mistig raam wordt geplaatst, kan vochtig worden door vochtdruppels. Elk oppervlak dat kouder kan worden dan de binnenlucht en stilstaand water kan vasthouden, kan als magneet dienen, inclusief de oppervlakken van computercomponenten.

De interne en externe oppervlakken van een inactieve computer of randapparaat kunnen in de wintermaanden gemakkelijk koud worden. Naarmate de oppervlakken kouder worden dan de lucht zelf, trekken ze vocht aan. Bij interne componenten kan het probleem verergeren als er geen ventilatieopeningen aanwezig zijn om het vocht te laten ontsnappen. PCB's kunnen bijvoorbeeld horizontaal in een computerkast, scanner, videospeler of stereoapparaat worden geplaatst. Gedurende de uren van de dag dat het huis leeg is en de warmte en elektriciteit beide uitgeschakeld zijn ondanks lage buitentemperaturen, kunnen deze apparaten dienen als vochtmagneten.

Omdat vocht zich verspreidt op de oppervlakken van PCB's en andere interne circuits, kunnen de apparaten uiteindelijk niet meer worden ingeschakeld. Wanneer een apparaat in de wintermaanden inactief blijft en niet wordt geactiveerd in de lente, is geïnternaliseerd vocht soms de oorzaak. Aangezien het apparaat zelf inactief is geweest, is er gedurende de betreffende tijd geen interne warmteontwikkeling binnen het apparaat geweest.

Andere manieren waarop vocht zich op PCB's kan ophopen, zijn onder meer:

• Onvoldoende verpakking: PCB's kunnen ook in contact komen met vocht wanneer ze worden verpakt of bewaard in ondeugdelijke zakken en kasten. Als een board wordt verzonden in een ondeugdelijke verpakking die geen bescherming biedt tegen omgevingsfactoren, kan er onder bepaalde omstandigheden vocht naar binnen sijpelen. In sommige gevallen diffundeert vocht in de lagen van de printplaat voordat het in de handen van de klant komt.
• Montage: Een van de meest ongrijpbare en frustrerende manieren waarop vocht in contact kan komen met een printplaat, is wanneer waterdeeltjes uit de omgevingslucht tijdens het assemblageproces op het bord terechtkomen. Als er vóór het solderen water op de plaat zelf terechtkomt en door de lagen diffundeert, kan de plaat zelf in wezen met een defect worden vervaardigd. Hoewel er stappen zijn om vocht te verwijderen, kunnen diezelfde stappen het bord ook openen voor verdere blootstelling.
• Bakken: Vocht kan zelfs opzwellen in een plaat tijdens het meest voorkomende proces dat wordt gebruikt om PCB-vocht te bestrijden:bakken. Hoewel de bedoeling achter het bakken is om PCB's te verwarmen tot een temperatuur die vocht naar buiten duwt, zetten de geïnternaliseerde vochtmoleculen vaak tijdelijk uit naarmate de temperatuur in het bord stijgt. Hoewel het meeste vocht uiteindelijk uit de printplaat wordt verdreven, kan de tijdelijke uitzetting verdere onomkeerbare diffusie binnen de print veroorzaken.

IPC-normen voor vocht

In 2010 werden IPC-normen voor PCB-vochtbeheersing vastgesteld om de verwaarlozing die dit onderwerp had gekregen in de algemene reikwijdte van PCB-onderhoud te herstellen. Gecoate soldeerplaten kunnen hun soldeerbaarheid voor langere tijd behouden, zolang er maatregelen worden genomen om te voorkomen dat er vocht in de platen komt. Als alternatief kunnen planken langer meegaan als de juiste stappen worden gebruikt om vocht te verspreiden.

Volgens de richtlijnen is bakken een praktische methode voor het verwijderen van vocht uit PCB's waarop reeds bestaande procescontroles het binnendringen van vocht niet hebben kunnen voorkomen. De richtlijnen waarschuwen echter ook dat bakken leidt tot hogere kosten, langere cyclustijden en verminderde soldeerbaarheid. Het bakproces bestaat ook uit verdere hantering, die schade kan veroorzaken en een PCB kan besmetten. Daarom moet de noodzaak van bakken zoveel mogelijk worden vermeden met preventief onderhoud tijdens de montage, hantering en opslag van PCB's.

Het document waarschuwt in het bijzonder voor het bakken van organische soldeerbaarheid conserveermiddelen (OSP) omdat de effecten van bakken de afwerking verminderen. Bij loodvrij solderen zijn OSP-coatings gebruikelijk vanwege de kosteneffectieve en gemakkelijke stappen die bij hun toepassing betrokken zijn. Ondanks deze voordelen kunnen OSP-lagen gemakkelijk oxideren door de eenvoud van de coatinglaag, die het enige is dat het onderliggende koperoppervlak beschermt. Het duurt slechts een paar minuten voordat oppervlaktescheiding en vochtdiffusie optreden met een OSP-laag.

PCB's worden vaak verzonden in verpakkingen die de platen kwetsbaar maken voor vochtopname. In veel gevallen worden PCB's verzonden in foliezakken of ESD-zakken. Bijgevolg komen dergelijke platen vaak aan met gevaarlijke hoeveelheden vochtverspreiding. Als ze na ontvangst in de pakketten worden bewaard, kunnen de planken binnen enkele maanden gemakkelijk worden geruïneerd. PCB's moeten in plaats daarvan worden verzonden en opgeslagen in Moisture Barrier Bags (MBB's).

Hoe vocht in PCB's te voorkomen

Tijdens de fabricage van PCB's moet het lamineerproces worden uitgevoerd in een temperatuurgecontroleerde omgeving waar het luchtsysteem wordt geregeld met droogmiddelen. Het is ook van cruciaal belang om tijdens elke werkcyclus nieuwe handschoenen te dragen om de verspreiding van besmetting tussen verschillende componenten te voorkomen.

Het proces van PCB-laminering heeft een uitdrogend effect op het eindproduct. Het is tijdens deze fase dat de prepregs en kernen op hun plaats worden gezet en de lagen tot een enkel bord worden verlijmd. Sommige fabrikanten passen tijdens deze fase een lagedrukvacuümeffect toe om interne holtes te voorkomen die mogelijk vocht in de lagen zouden kunnen vasthouden.

Onder bepaalde PCB-fabrikanten is het gebruikelijk om de prepregs voorafgaand aan het lamineren te bakken. Het doel hierbij is om te voorkomen dat zich vochtzakken en blaren vormen op de afgewerkte plank. Deze stap is vooral nuttig wanneer de prepreg een bepaalde tijd van tevoren in een ongereguleerde opslagomgeving heeft doorgebracht. Anders is deze stap over het algemeen niet nodig.

Een van de meest effectieve manieren om vocht in een PCB te voorkomen, zijn gemaasde koperen vlakken, die de vochtafvoer tussen lagen en in en uit planken voorkomen. Meshed koperen vlakken dienen ook als een sterker hechtmateriaal tussen lagen. Hun aanwezigheid in een PCB kan echter de elektrische capaciteit van het bord verminderen.

Hoe vocht van PCB's te verwijderen

De belangrijkste methode om vocht uit een PCB te verwijderen, is bakken, waarbij hoge niveaus van warmte worden toegepast om ingebedde sporen van vocht te verwijderen. Bakken is een populaire methode omdat hoge temperaturen in de meeste omgevingen een effectief middel zijn om vocht te verwijderen. Omdat warmte zich een weg baant door de lagen die aan deze behandeling worden onderworpen, zullen de effecten meestal grondig en langdurig zijn. Bakken wordt vaak gebruikt tijdens de assemblagefase voordat PCB's naar winkels en elektronicafabrieken worden verzonden.

Ondanks de vaak positieve effecten van bakken, kan het proces ook nadelen hebben. Als een PCB grote koperen vlakken bevat, kunnen de vochtconcentraties in het begin tijdens het backingproces opzwellen, met als gevolg delaminatie. Het is tijdens die seconden van zwelling dat vochtdiffusie kan optreden. Zodra dat gebeurt, wordt het proces van vochtverwijdering veel moeilijker, zo niet onmogelijk.

PCB's kunnen worden ontdaan van vocht wanneer ze in droogkasten worden geplaatst, die de platen op ideale temperaturen houden met minder dan 0,05 g/m3 luchtdamp. Deze omgeving zorgt voor een vacuümeffect op PCB's dat voorkomt dat vocht zich vastzet of verspreidt. Droge behuizingen voorkomen ook oxidatie en intermetallische ontwikkelingen. PCB's kunnen voor onbepaalde tijd worden bewaard in droogkasten met weinig risico op bederf.

Het is belangrijk dat PCB's goed worden bewaard in droge compartimenten. Wanneer ze worden verzonden en in reserve worden gehouden, moeten PCB's worden verpakt in MBB's. Droge opslageenheden met ontvochtigde lucht kunnen blootstelling aan vocht voorkomen tijdens de weken of maanden dat een PCB wacht op gebruik in een computer of elektronisch apparaat.

Een PCB in een actief apparaat kan mogelijk in contact komen met vocht als het apparaat zelf in een vochtige omgeving heeft gestaan. Een gedeactiveerd apparaat, dat zich in een kamer met beslagen ramen bevindt, kan gemakkelijk bevochtigde oppervlakken aan de binnen- en buitenkant hebben, zelfs als het probleem niet met het blote oog waarneembaar is. U kunt dit probleem voorkomen door elektronische units actief te houden tijdens koude maanden en door redelijk warme binnentemperaturen te handhaven. Een actieve computer genereert bijvoorbeeld voldoende interne warmte om vocht uit PCB's en andere componenten te verwijderen.

Een andere manier om vocht in elektronische componenten tegen te gaan, is door dergelijke apparaten verticaal te plaatsen. Een horizontale computerkast heeft een liggende printplaat die mogelijk staand vocht kan bevatten. In een computertoren bevindt de print zich in een verticale positie. Als het doel is om vocht met alle mogelijke middelen te verwijderen, heeft verticaal de voorkeur boven horizontaal.

Printplaten van Millennium Circuits Limited

De vochtabsorptie van PCB's is een belangrijk punt om te herkennen als u printplaten gebruikt voor producten van welke aard dan ook. Om een ​​lange levensduur van de printplaat te garanderen, zijn voorzorgsmaatregelen bij het hanteren van PCB's noodzakelijk om alle stadia van montage, behandeling, verzending, opslag, installatie, onderhoud en verplaatsing onder de knie te krijgen.

Bij MCL zijn onze technici professioneel opgeleid in het veilig omgaan met PCB's en we zorgen ervoor dat elke PCB die vanaf onze locatie wordt verzonden, in een vochtbestendige verpakking wordt verzonden. Neem voor meer informatie over onze PCB's vandaag nog contact op met MCL voor een offerte.

Vraag een gratis offerte aan