Vochtgevoeligheid in PCB's begrijpen: Preventie, detectie en verwijdering

Snel naar: Hoe vocht een PCB kan beïnvloeden | Vocht detecteren en verwijderen | Waarom gebeurt dit? | IPC-standaarden voor vocht | Hoe vocht in PCB's te voorkomen | Hoe vocht uit PCB's te verwijderen | Geprint printplaten van MCL

Terwijl de effecten van delaminatie gedetecteerd kunnen worden via thermische imaging en akoestische microscopie, zullen ze niet altijd verschijnen in de vorm van duidelijke symptomen zoals verkleuring en gebullerde oppervlakken. Over het algemeen is het zeer wenselijk om vocht in de eerste plaats te voorkomen dat het de PCB bereikt. Deze bescherming kan bereikt worden door processen als pre-baking en correcte opslag. Het ontwerp van de PCB kan ook beïnvloeden of vocht meer of minder waarschijnlijk een issue is. Een van de meest probleemgevende kwesties met geprint printplaten (PCB's) betreft de aanwezigheid van vocht. Als vocht bestaat binnen een PCB, is de destabilisatie die erdoor veroorzaakt wordt geneigd om een delaminerend effect te hebben op de oppervlakte-elementen. Iedere keer dat solderen of herwerk op de PCB wordt toegepast, kan de delaminatie gemakkelijk uitbreiden als gevolg van de vochtinhoud.

Hoe vocht een PCB kan beïnvloeden

De aanwezigheid van vocht kan leiden tot diverse functionele fouten op een PCB, afhankelijk van welke componenten of geleidende paden in contact met het komen als diffusie plaatsvindt. Vocht kan nestelen in het epoxyglas, hars of glasinterfaces en kraken in een bord. Problemen die gemeenschappelijk geassocieerd worden met vocht, omvatten vertraagde circuitsnelheden en verhoogde vertragingstijden met de functies van een bijbehorend apparaat. Als het probleem een bepaalde limiet overschrijdt, kan het apparaat simpelweg niet activeren.

Tests zijn uitgevoerd die de effecten van vochtabsorptie en desorptie in geprint printplaten tonen. In een PCB met geplateerde doorboorgaten van variërende dichtheid, hebben vastgehouden hoeveelheden vocht verschillende desorptiesnelheden gebaseerd op de afstand tussen elk gat. In PCB's die zwaar verzadigd zijn, kan desorptie honderden uren duren in hoge-temperatuur omgevingen.

Als een PCB in een omgeving wordt geplaatst waar de atmospherische vochtdruk de weerstand van het bord en zijn componenten overschrijdt, kan vocht de PCB penetreren. Om vochtdelaminatie te voorkomen dat het effect op een PCB heeft, moet solderen alleen uitgevoerd worden met hoge temperaturen van minder dan 0,1 procent vochtgehalte of met lage temperaturen van minder dan 0,2 procent vochtgehalte. Hoge-temperatuur solderen zou rond de 260 graden Celsius hangen, terwijl lage-temperatuur solderen in de buurt van 230 graden Celsius zou zijn.

Vocht detecteren en verwijderen

Wanneer metingen worden gemaakt van de capaciteit van een PCB om elektrische energie op te slaan, kan een verandering in vochtgehalte binnen het bord gedetecteerd worden. Capaciteitssensoren worden in dit proces gebruikt. Capaciteitsniveaus bewegen in omgekeerde evenredigheid met gatdichtheid. 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 non-PTH PCB's daalt de capaciteit sneller. Als zodanig is minder bak-tijd nodig voor deze borden om een voldoende laag vochtniveau te hebben. Op PTH-borden is er minder blootgesteld oppervlak voor het vocht om te ontsnappen.

Vanwege het inverse effect van kopervlakken op het desorptieproces, moeten ze met overweging voor hun ontwerp gebakken worden. Aan de ene kant kunt u vocht effectiever uit een bord halen door het bakproces langer te laten lopen, maar dit kan de soldeerbaarheid en functionele capaciteit van het bord verminderen. Gevolgd moet bak-tijd gemeten worden om deze mogelijke bijwerkingen te voorkomen.

Het proces van vochtverwijdering levert niet altijd voorspelbare resultaten op. Bijvoorbeeld, een paar identieke kopervlakken kunnen een centrale opvlamming van vocht ondergaan als het bakken begint, alleen om momenten later te diffunderen. Als deze momentane zwelling van vocht plaatsvindt in een gebied van het bord waar delaminatie meest waarschijnlijk is, kan het het ongewichte bijeffect van bakken zijn.

Op sommige borden is vochtverwijdering simpelweg niet mogelijk zodra het vocht door meerdere lagen heeft gediffundeerd. Daarom is het cruciaal om maatregelen te nemen om vocht te voorkomen dat het tijdens het initiële assemblageproces in het bord komt.

Waarom gebeurt dit?

Een van de meest voorkomende manieren waarop PCB's blootgesteld worden aan vocht is door contact met koude winterlucht. In koude temperaturen is er niet genoeg warmte in de atmospherische lucht om vocht te absorberen. Als resultaat wordt het bevochtigde inhoud van de lucht vrijgegeven op koude oppervlakken. Als een oppervlak kouder wordt dan de lucht zelf, kan dat oppervlak dienen als een magneet voor vrijgegeven vocht, of condensaat. Dit proces is de reden waarom ramen vaak in de wintermistig worden.

Koude items die in de buurt van condensatiegebieden worden geplaatst, zijn ook geneigd om vocht uit de lucht aan te trekken. Bijvoorbeeld, een vaas geplaatst langs de vensterbank van een mistig raam is geneigd om vochtig te worden met druppels vocht. Elk oppervlak dat kouder kan worden dan de binnenlucht en staand water kan vasthouden, kan als magneet dienen, inclusief de oppervlakken van computercomponenten.

De interne en externe oppervlakken van een inactieve computer of randapparaat kunnen gemakkelijk koud worden in de wintermaanden. Naarmate de oppervlakken kouder worden dan de lucht zelf, trekken ze vocht aan. Met interne componenten kan het probleem verergeren als geen ventilatiegaten aanwezig zijn voor het vocht om te ontsnappen. PCB's kunnen bijvoorbeeld horizontaal in een computerdoos, scanner, videospeelapparaat of stereo-apparaat geplaatst zijn. Tijdens uren van de dag dat het huis leeg is en de verwarming en elektriciteit beide uitstaan ondanks lage buitentemperaturen, kunnen deze apparaten dienen als vochtmagneten.

Naarmate vocht diffuseert op de oppervlakken van PCB's en andere interne circuits, kunnen de apparaten uiteindelijk niet meer opstarten. Wanneer een apparaat over de wintermaanden dormant gelaten wordt en niet activeert in het voorjaar, is geïternaliseerd vocht soms de oorzaak. Aangezien het apparaat zelf inactief is, is er geen interne warmteopwekking geweest binnen de eenheid gedurende de desbetreffende tijdspanne.

Extra manieren waarop vocht op PCB's kan accumuleren, zijn de volgende:

• Onvoldoende verpakking: PCB's kunnen ook in contact komen met vocht wanneer ze verpakt of opgeslagen worden in onzaken tassen en kabinetten. Als een bord verstuurd wordt in een onzaken pakket dat geen bescherming biedt tegen omgevingsomstandigheden, kan vocht onder bepaalde omstandigheden insijpelen. In sommige gevallen zal vocht in de lagen van de PCB diffunderen voordat het in handen van de klant komt.
• Assemblage: Een van de meest ontluikende en frustrerende manieren waarop vocht in contact kan komen met een PCB is wanneer waterdeeltjes uit de omgevingslucht op het bord landen tijdens het assemblageproces. Als water op het bord zelf landet vóór solderen en door de lagen diffuseert, kan het bord essentieel met een defect geproduceerd worden. Hoewel stappen bestaan om vocht te verwijderen, kunnen die zelfde stappen het bord ook openstellen voor verdere blootstelling.
• Bakken: Vocht kan zelfs zwellen binnen een bord tijdens het meest gangbare proces om PCB-vocht te bestrijden: bakken. Terwijl de intentie achter bakken is om PCB's te verwarmen tot temperatuurniveaus die vocht eruit dwingen,拡张 de geïternaliseerde vochtmoleculen vaak momentaan toenemend de temperatuur binnen het bord stijgt. Terwijl de meeste vocht uiteindelijk uit de PCB gedreven wordt, kan de momentane expansie verdere onomkeerbare diffusie binnen het bord veroorzaken.

IPC-standaarden voor vocht

In 2010 zijn IPC-standaarden voor PCB-vochtcontrole vastgesteld om de verwaarlozing die dit onderwerp had ontvangen in de algemene scope van PCB-onderhoud te herstellen. Gecoate soldeerborden hun soldeerbaarheid langer behouden zolang maatregelen genomen worden om vocht te voorkomen dat het de binnenkomt. Alternatief kunnen borden langer duren als de juiste stappen worden toegepast om vocht te diffuseren.

Volgens de richtlijnen is bakken een praktische methode voor vochtverwijdering van PCB's waarop pre-bestaande procescontroles hebben gefaald om de intrede van vocht te voorkomen. Echter, de richtlijnen waarschuwen ook dat bakken leidt tot verhoogde kosten, verdere cyclus-tijd en verminderde soldeerbaarheid. Het bakproces bestaat ook uit verdere hantering, wat schade kan veroorzaken en besmetting op een PCB kan opleggen. Daarom moet de noodzaak voor bakken zoveel mogelijk vermeden worden met preventief onderhoud tijdens de assemblage, hantering en opslag van PCB's.

Het document waarschuwt met name tegen het bakken van organic solderability preservative (OSP) coats omdat de effecten van bakken de afwerking verminderen. In loodvrij solderen zijn OSP-lagen gangbaar vanwege de kosteneffectieve en eenvoudige stappen betrokken bij hun toepassing. Ondanks deze voordelen, kunnen OSP-lagen gemakkelijk oxideren door de eenvoud van de coatinglaag, wat het enige is dat de onderliggende koperoppervlakte beschermt. Het duurt maar een paar minuten voordat oppervlaktescheiding en vochtdiffusie plaatsvinden met een OSP-coat.

PCB's worden vaak verstuurd in verpakking die de borden kwetsbaar maakt voor vochtabsorptie. In veel gevallen worden PCB's verstuurd in folietassen of ESD-tassen. Gevolgd arriveren dergelijke borden vaak met gevaarlijke hoeveelheden vochtdiffusie. Als ze na ontvangst in de pakketten opgeslagen worden, kunnen de borden gemakkelijk in een kwestie van maanden vernield raken. PCB's zouden in plaats daarvan verstuurd en opgeslagen moeten worden in Moisture Barrier Bags (MBB's).

Hoe vocht in PCB's te voorkomen

Tijdens de fabricage van PCB's, moet het laminatieproces uitgevoerd worden in een temperatuur-gecontroleerde omgeving waar het luchtsysteem gereguleerd wordt met desiccant droogmiddelen. Het is ook cruciaal om verse handschoen te dragen tijdens elke werkcyclus om de verspreiding van contaminatie tussen verschillende componenten te voorkomen.

Het PCB-laminatieproces zelf heeft een dehydrerend effect op het eindproduct. Het is tijdens deze fase dat de prepregs en kernen in plaats worden gezet en de gelamineerd worden tot een enkel bord. Sommige fabrikanten passen een laag-vacuüm effect toe tijdens deze fase om interne gaten te voorkomen die mogelijk vocht binnen de lagen kunnen vangen.

Bij bepaalde PCB-fabrikanten is het gangbare praktijk om de prepregs vóór laminatie te bakken. Het doel hier is om vochtzakken en blaasjes te voorkomen op het afgewerkte bord. Deze stap is het meest nuttig wanneer de prepreg een bepaalde lengte van tijd vooraf in een ongeregelde opslagomgeving heeft doorgebracht. Anders is deze stap over het algemeen niet nodig.

Een van de meest effectieve middelen van vochtpreventie in een PCB is gestructureerde kopervlakken, die vochtreis tussen lagen alsook in en uit borden remmen. Gestructureerde kopervlakken dienen ook als een sterker binderend materiaal tussen lagen. Echter, hun aanwezigheid in een PCB kan de elektrische capaciteit van het bord verminderen.

Hoe vocht uit PCB's te verwijderen

De hoofmethode voor het elimineren van vocht uit een PCB is bakken, waarbij hoge warmteniveaus worden toegepast om ingesloten sporen van vocht uit te dwingen. Bakken is een populaire methode omdat hoge temperaturen een effectief middel zijn voor vochtverwijdering in de meeste omstandigheden. Als warmte zijn weg baant door de lagen die aan deze behandeling worden onderworpen, zullen de effecten doorgaans grondig en duurzaam zijn. Bakken wordt vaak toegepast tijdens de assemblagerapportage voordat PCB's naar winkels en elektronicafabrieken worden verstuurd.

Ondanks de vaak positieve effecten van bakken, kan het proces ook nadelen hebben. Als een PCB grote kopervlakken bevat, kunnen vochtconcentraties aanvankelijk zwellen tijdens het bakproces, wat delaminatie tot gevolg kan hebben. Het is tijdens die seconden van zwelling dat vochtdiffusie kan plaatsvinden. Eenmaal dat dat gebeurt, wordt het proces van vochtverwijdering verre moeilijker, zo niet onmogelijk.

PCB's kunnen ontdaan worden van vochtgehalte wanneer ze in droogkasten worden geplaatst, die borden bij ideale temperaturen houden met minder dan 0,05g/m3 luchtvocht. Deze omgeving biedt een vacuümeffect op PCB's dat vocht stopt met vestigen of diffunderen. Droge kasten voorkomen ook oxidatie en intermetallische ontwikkelingen. PCB's kunnen onbeperkt opgeslagen worden in droogkasten met weinig risico op verval.

Het is belangrijk dat PCB's correct opgeslagen worden in droge compartimenten. Wanneer ze verstuurd en in reserve gehouden worden, moeten PCB's verpakt worden in MBB's. Droge opslagunits met gedeshumidifieerde lucht kunnen vochtblootstelling voorkomen tijdens de weken of maanden dat een PCB op gebruik wacht in een computer of elektronisch apparaat.

Een PCB die in een actief apparaat zit, kan mogelijk in contact zijn met vocht als het apparaat zelf in een vochtige omgeving heeft gezeten. Geplaatst in een kamer met beschlagen ramen, kan een gedeactiveerd apparaat gemakkelijk bevochtigde oppervlakken aan de binnen- en buitenkant hebben, zelfs als het probleem niet voor het blote oog duidelijk is. U kunt dit probleem voorkomen door elektronische units actief te houden tijdens koude maanden en redelijk warme binnentemperaturen te handhaven. Een actieve computer zal bijvoorbeeld voldoende interne warmte genereren om vocht van PCB's en andere componenten te elimineren.

Een andere manier om vocht in elektronica-componenten te bestrijden is om dergelijke apparaten in een verticale positie te plaatsen. Een horizontale computerdoos zal een liggende PCB hebben die mogelijk staand vocht kan hosten. In een computertoren is de PCB in een verticale positie gesitueerd. Wanneer het doel is om vocht door alle middelen te verwijderen, is verticaal preferabel boven horizontaal.

Geprint printplaten van Millennium Circuits Limited

PCB-vochtabsorptie is een belangrijk issue om te herkennen als u geprint printplaten gebruikt voor producten van welke aard dan ook. Om een lange bordlevensduur te garanderen, zijn PCB-hanteringsvoorzorgsmaatregelen noodzakelijk om te beheersen door alle fasen van assemblage, hantering, verzending, opslag, installatie, onderhoud en verplaatsing.

Bij MCL zijn onze technici professioneel getraind in de veilige hantering van PCB's, en wij zorgen ervoor dat elke PCB die vanaf onze locatie wordt verstuurd, verzonden wordt in vochtveilige verpakking. Om meer te weten te komen over onze PCB's, neem vandaag contact op met MCL om een offerte te ontvangen.

Vraag een gratis offerte aan