Lagerung von Leiterplatten: »Die Luftfeuchtigkeit ist die größte Gefahr!«
Bei der Langzeitlagerung von elektronischen Komponenten und Leiterplatten stellt die Luftfeuchtigkeit die größte Gefahr dar. Sie ist die Ursache für gleich zwei Risiken: Oxidation und Diffusion.
Immer schneller rufen heute die Halbleiterproduzenten zum »Last Buy« auf. Für die Hersteller elektronischer Baugruppen wird damit die logistische Herausforderung größer. Denn es gilt, die einzelnen Bauteile oder Baugruppen langfristig zu lagern, nicht selten für mehr als zehn Jahre. Den stärksten negativen Einfluss hat dabei die Luftfeuchtigkeit. Denn sie führt zu einer Oberflächen- Oxidation.
Die Folge: Bauteile und Leiterplatten sind häufig nicht mehr lötbar, was meist einem Totalausfall gleicht. Auch die Diffusion – bedingt durch die Luftfeuchtigkeit – hinterlässt Spuren: Das Eindringen von Wasserdampf und Schadstoffen in die innere Struktur der Bauteile oder Leiterplatten kann sogar langfristig zur Zersetzung von Leiterbahnen und Isolierschichten führen. »Beide Risiken lassen sich nur durch die richtige Lagerung vermeiden: eine trockene Lagerung«, sagt Andre Rinne, Vertriebsleiter von Totech.
Der Oxidationsprozess – Kontaktkorrosion
In trockener Atmosphäre gibt es keine Korrosion. Für das Auftreten von Korrosion müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein: Es muss ein Oxidationsmittel und eine wässrige Lösung, die als Elektrolyt wirkt, vorhanden sein. Der Sauerstoff in der Luft bildet das Oxidationsmittel, der Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit) den Elektrolyten. »Die kritische Grenze, bei der eine Oxidation mit atmosphärischem Sauerstoff stattfindet, liegt je nach Metall oder Legierung bei 40 bis 70 Prozent relativer Feuchte«, erläutert Andre Rinne. »Das bedeutet, dass mehr als 8 Gramm Wasserdampf pro m³ vorhanden sein müssen.«
- Lösung 1: der Trockenlagerschrank: Die absolute Feuchtigkeit in den Totech-Trockenlagerschränken liegt bei einer Temperatur von +20 °C und weniger als 2 Prozent relativer Feuchte bei weniger als 0,35 g/m³. Unter diesen Bedingungen kann keine Kathodenreaktion und damit auch keine Oxidation stattfinden.
- Lösung 2: der Feuchtigkeitsschutzbeutel: In den unter Vakuum verpackten Feuchtigkeitsschutzbeuteln befindet sich bei einem Restdruck von rund 6 mbar zwischen 0,1 und 0,06 g Wasserdampf pro m³. Werden die Beutel noch mit Stickstoff geflutet, ist weder ein Oxidationsmittel noch ein Elektrolyt vorhanden und somit also die Oxidation ausgeschlossen.
Der Diffusionsprozess
Der in der Atmosphäre befindliche Wasserdampf diffundiert in hygroskopische Materialien. Verantwortlich dafür ist der so genannte Dampfdruck – also der Partialdruck des sich in der Luft befindlichen Dampfes. Je höher der Dampfdruck ist, desto schneller nehmen die Bauteile oder Leiterplatten die Feuchtigkeit auf. Und damit nimmt die zulässige Verarbeitungszeit ab. Beide Systeme, der Trockenlagerschrank und Feuchtigkeitsschutzbeutel, können laut Angaben von Totech zuverlässig und effektiv vor Diffusion schützen. »Bei Lagerzeiten über fünf Jahren empfehlen wir eine Kombination beider Systeme«, sagt Andre Rinne. Doch Feuchtigkeitsschutzbeutel ist nicht gleich Feuchtigkeitsschutzbeitel. »Entscheidend ist, dass der Aufbau des Beutels mechanische stabil ist und dass er eine sehr geringe Diffusionsrate aufweist.«
Die IPC/JEDEC-STD- 033B.1 fordert eine Diffusionsrate (MVTR) von weniger als 0,002 g/100 in² in 24 Stunden bei +40 °C. »Dieser Anforderung werden nur Beutel gerecht, die eine Stärke von 150 μm haben. 90-μm-Beutel haben eine wesentlich höhere Diffusionsrate und sind somit nicht geeignet«, betont der Experte. Die Totech-Beutel als Beispiel unterschreiten den durch die IPC vorgegebenen Maximalwert um ein Vielfaches: Die MVTR beträgt 0,0006 g/100 in². Des Weiteren ist darauf zu achten, dass die Beutel auch ESD-sicher sowie als feuchtigkeitsempfindlich gekennzeichnet und mit einem Etikett versehen sind, aus dem der »Moisture-Sensitive-Level« und das Verpackungsdatum klar ersichtlich sind. Beides ist bei den Bags von Totech aufgedruckt.
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