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电子元器件的长期储存,第二部分

七月 28, 2017 | Rich Heimsch, SUPER DRY-TOTECH EU
电子元器件的长期储存,第二部分

在系列文章的第一部分中,我们回顾了为什么长期电子元件存储会有很多问题,但又是许多电子装配商日益增长的需求的一些原因。

封装和材料设计迅速变化强迫企业前期超额采购,以防止元件淘汰对其最终产品的影响。

产品生命周期变得非常短暂,出新款的速度比以往任何时候都快。然而,汽车、航空、军事和铁路等行业的许多制造商必须保证包括PCB的备件供应十年到二十年。这就需要提前购买并库存非常多元件和材料。使问题进一步复杂化的是,大多数元件在没有非常特殊处理步骤的情况下,无法存储很多年。

IPC JEDEC标准

虽然最初标准发布于差不多二十年前,在此期间已经引入了很多新技术,但IPC / JEDEC J-STD-033还是对很大一部分湿度敏感设备及其正确处理方法提

出了指导。自从最初发布以来,这个标准更新了好几次,2012年的Rev C澄

清了一些存储时间的定义,但是对制造商面临的超长存储期并没有完全解决。

5.3安全存储:安全存储指的是干燥的SMD封装存放在受控湿度条件下,在这种情况下车间寿命计时为零不变。下面列出了分类2级到5级的SMD封装的可接受安全存储条件。

5.3.1干燥包装:按照第3.3条要求存储在完整MBB中的干燥包装中的SMD封装元件,货架保质期至少应该在警示标签或条形码标签上显示的包装日期的12个月内。

5.3.2货架保质期:最小计算货架保质期应该是包装日期后的12个月。如果实际存放时间已超过12个月但不到两年,如果包装日期和湿度指示卡(HIC)(第5.5.1节)表明不需要烘烤,则可以按照原始MSL评级安全地对元件进行回流焊。尽管无法预料,但湿度敏感度以外的因素也可能会影响元件的总货架保质期。

注意:在MBB中保持密封的HIC通常能在至少两年内保持准确。

5.3.3干燥气氛柜:使用25±5℃的干燥空气或氮气排空且保持低湿度的存储柜。存储柜必须能够在诸如门打开/关闭等常规动作后一小时内恢复到其规定的

湿度等级。

  • 5.3.3.1 10%RH干燥柜:未密封在MBB中的SMD封装可以放置在干燥气氛柜中,保持湿度不大于10%RH。干燥柜不应视为MBB。将SMD封装存储在干燥柜中应该遵守表7-1的最大时间限制。如果超出时间限制,则应根据表4-2烘烤元件以恢复寿命。
  • 5.3.3.2 5%RH干燥箱:未密封在MBB中的SMD封装可以放置在干燥气氛柜中,保持湿度不大于5%RH。存储在干燥柜中可以认为等同于储存在干燥包装中,具有无限的保质期。

这些指导能够控制元件内的水分,并减低回流焊的风险,但元件的可焊性也是重要的考虑因素。

由于表面氧化,元件和PCB的可焊性可能会降低,这通常会导致完全失效。蒸汽和有害物质在元件或PCB内部结构中的扩散可能会导致导体路径和绝缘层的分解。通过正确处理和干燥储存可以避免这两种风险。

氧化过程——接触腐蚀

在极端干燥的大气中,没有腐蚀。发生腐蚀必须满足两个条件:必须有氧化方法和水溶液,其作为电解质起作用。空气中的氧气能作为氧化的方法,蒸汽(湿气)作为电解质。氧气对金属或合金产生氧化作用的临界极限在40%~70%RH之间。这意味着每立方米必须存在8克以上的蒸气。作为附注,目前普遍使用的0.5%RH是将水含量降低到0.05克/立方米。

长期储存对元件可焊性的影响由DFR Solutions进行了详细的研究,研究的标题是《长期储存后的可焊性》。在这个案例研究中,对可储存长达五年的3种不同卷盘的元件进行了可焊性评估,以确定还有多久的储存寿命。组件是SOIC封装中的ASIC和TO-252封装的MOSFET。在这两种情况下,引脚镀层均为锡1

由于上文所述的原因,我们可以预料到,它们都产生了氧化和金属间化合物。可以通过低湿度储存来防止氧化,或者通过使用更强的助焊剂来减轻氧化。

然而,金属间化合物无法以相同的方式解决。因此,温度是控制长期存储极其重要的参数。金属间化合物生长速率与温度正相关,并且每升温10°C就会加快一倍。这种老化过程可以通过适当的冷却来减慢。然而,形成锡晶须的风险随着温度的降低而增加。研究和实践表明,12℃储存温度是最佳的,能够最大程度地减轻这两种风险,同时保持<5%的储存湿度以阻止氧化并保持可焊性。

References

  1. Joelle Arnold, Cheryl Tulkoff, Greg Caswell, DFR Solutions, “Solderability after Long-Term Storage.”

标签:
#制造工艺与管理  #元器件储存  

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