Сушка и хранение влагочувствительных компонентов

Зачем вообще сушить

onsemi описывает механизм в AND8003: при пайке впитанная влага испаряется, давление пара отрывает компаунд от кристалла, рамки или подложки, рвёт соединительные проволоки, а в худшем случае трескает корпус и открывает кристалл. TI называет это «попкорном» (popcorning) и указывает, что пластмассовые BGA особенно чувствительны. По onsemi такие повреждения грозят как немедленным отказом, так и снижением надёжности в эксплуатации.

Деталь продолжает набирать влагу и после монтажа. Поэтому TI требует закончить все нагревы, включая ремонт, до истечения исходного срока, иначе перед ремонтом сушат всю плату. Платы, вернувшиеся с отказом, тоже сушат перед тем, как снимать с них микросхемы: иначе нагрев испортит деталь и анализ отказа станет бесполезным.

Сколько времени у вас есть

Время вне пакета по таблице 1 AND8003 (повторяет классификацию J-STD-020):

Время суммируется: каждое вскрытие пакета добавляет часы. onsemi подчёркивает, что оплавление и ремонт его не обнуляют. Если в цехе жарче 30 °C или влажнее 60 %, табличный срок не действует (onsemi): детали нужно убирать в сухое хранение или сушить. У других производителей бывают свои сроки: Panasonic для сигнальных реле в корпусах SMD даёт 72 ч после вскрытия при не более 30 °C и 70 % влажности.

Сухая упаковка и этикетка

Сухая упаковка по onsemi — барьерный пакет (MBB) с осушителем, картой индикатора влажности (HIC) и этикеткой. Осушитель держит влажность внутри ниже 10 % при 25 °C; срок хранения в нераспечатанном пакете — не меньше 12 месяцев от даты запайки при температуре ниже 40 °C и влажности ниже 90 %. На этикетке — дата запайки, уровень MSL и время вне пакета.

В даташитах TI тот же уровень записан в столбце «MSL rating/Peak reflow» приложения Package Option Addendum. Пример — стабилизатор LM1117 в трёх корпусах:

Одна микросхема в разных корпусах имеет разный MSL — смотрите строку своего корпуса. TI оговаривает, что при нескольких уровнях в таблице указан самый низкий уровень по стандартам JEDEC, а фактическую температуру пайки нужно сверять с этикеткой на отгрузочной упаковке. Пик 260 °C — предел для профиля печи, о нём — «Как настроить термопрофиль печи».

Карта индикатора влажности (HIC)

Карта в пакете — полоска с пятнами, которые меняют цвет при росте влажности. Современные карты — на три пятна: 5, 10 и 60 %. Правила по инструкции Awinic (коричневый цвет — сухо, голубой — влажно; у других карт цвета могут быть другими, смотрите легенду на самой карте):

Карту читают сразу после вскрытия пакета. В старых документах встречаются другие пороги: в руководстве TI SPRU811A 2005 года сушить требовалось при показании карты выше 20 %. Ориентируйтесь на карту, которая лежит в пакете, и документ её производителя.

Режимы сушки

Сушка восстанавливает время вне пакета: после неё отсчёт начинается с нуля. Режимы J-STD-033 сведены в таблицу 2 AND8003. Время зависит от толщины корпуса, уровня MSL и того, насколько превышен срок — больше чем на 72 ч или не больше; сушка при 90 и 40 °C — при влажности не выше 5 %.

Примечание 2 onsemi к строке BGA: корпуса BGA больше 17 × 17 мм, у которых в подложке нет внутренних слоёв, преграждающих путь влаге, можно сушить по времени из основной части таблицы — по толщине корпуса и уровню MSL.

Таблица рассчитана на худший случай — корпуса на выводной рамке; onsemi допускает сокращать время при техническом обосновании, а если детали лежали при влажности выше 60 %, время может понадобиться увеличить.

Практические ограничения из тех же документов:

• Тара. При 125 °C сушат только в таре, которая выдерживает эту температуру; в низкотемпературной таре — только при 40 °C; бумагу и пластик вокруг тары снимают (onsemi). Awinic не советует сушить ленту и катушки при 90 и 125 °C, а корпуса тоньше 1,4 мм предлагает сушить при 40 °C и ≤ 5 % RH.
• Режим производителя важнее общей таблицы. Vishay для датчика TEMT6000X01 (MSL 3) на ленте даёт 192 ч при 40 °C или 96 ч при 60 °C, влажность ниже 5 %.
• Печь — с вентиляцией и способная держать температуру при влажности не выше 5 % (onsemi).

Вскрытая катушка в маленькой мастерской

В мастерской катушку часто вскрывают ради десятка деталей, а остальное лежит месяцами. Порядок, который следует из AND8003 и инструкции Awinic:

1. Записать время вскрытия на этикетке или в журнале — от него идёт отсчёт.
2. Сразу прочитать карту HIC. Если пятно 10 % «влажное» — сначала сушка.
3. Взять нужное и закрыть остаток. Сухой шкаф с влажностью 5 % хранит детали без ограничения, как заводской пакет; шкаф с 10 % — только в пределах срока по J-STD-033. Пакет с осушителем — пауза, а не обнуление.
4. Обнулить короткое вскрытие можно без печи. Если детали MSL 2, 2a или 3 пролежали на воздухе не больше 12 ч, достаточно продержать их в пакете с осушителем или в шкафу 10 % не меньше пятикратного времени; для MSL 4, 5 и 5a после не более 8 ч — десятикратного, в шкафу 5 %. Если пакет был открыт не дольше 30 мин, прежний осушитель можно оставить.
5. Срок вышел — сушить по таблице выше или по режиму производителя, затем отсчёт с нуля.

TI в SPRU811A советует при повторной запайке записывать на этикетке оставшееся время — разницу между исходным сроком и уже израсходованными часами.

Примеры

Катушка MSL 3 пролежала две недели. Датчик TEMT6000X01 (корпус 4 × 2 × 1,05 мм), MSL 3, катушку вскрыли и оставили на столе на 14 суток при комнатных условиях.

• Время на воздухе: 14 · 24 = 336 ч, срок превышен на 336 − 168 = 168 ч — больше 72 ч.
• По общей таблице для корпуса толщиной до 1,4 мм это 9 ч при 125 °C, но на ленте так сушить нельзя; при 40 °C — 13 суток.
• У Vishay для этой детали на ленте свой режим: 192 ч (8 суток) при 40 °C или 96 ч (4 суток) при 60 °C при влажности ниже 5 %. Берём режим производителя (наш расчёт по данным onsemi и Vishay).

Пакет открыли на 6 часов. Те же детали MSL 3, вскрытие на 6 ч (меньше 12 ч). По AND8003 достаточно запаять остаток в пакет с осушителем или убрать в шкаф 10 % RH не меньше чем на 5 · 6 = 30 ч — после этого срок вне пакета снова полный (наш расчёт).

Частые ошибки

• Сушка катушки при 125 °C. Лента и катушка этого не выдерживают; при высокой температуре детали перекладывают в термостойкую тару.
• Забытые часы. Время вне пакета суммируется за все вскрытия; без журнала его не восстановить.
• Надежда на пайку как сушку. Оплавление и ремонт срок не обнуляют (onsemi).
• Четвёртое оплавление. onsemi допускает не больше трёх проходов на деталь, TI квалифицирует QFN и SON на три: по одному на сторону платы и один ремонт.
• Ремонт платы с просроченной деталью. onsemi и TI требуют сушить плату перед повторным нагревом, иначе ремонт сам вызовет расслоение.
• Сушка деталей MSL 1. Она не нужна: по Awinic карту для MSL 1 можно не учитывать, срок у таких деталей не ограничен при ≤ 30 °C и 85 % RH.

Как обращаться с деталями при ручной пайке и ремонте — «Ручная пайка паяльником» и «Rework: замена SMD-компонента».