Георгий Александров
Главный инженер компании ProSMD
«Не ешь, живот заболит», говорила бабушка – «пускай дед доест» . Что ж, ее мудрость, как никогда к месту.
Пережившие хранение компоненты – вокзальная шаурма для вашего устройства. Как избежать катастрофы и не исторгнуть нечто непотребное?
Использование компонентов, переживших долгий срок хранения, – это серьезная проблема, характерная для современной отечественной промышленности. В контексте промышленной электроники, "лежалые" компоненты – это те, что хранились дольше рекомендованного производителем срока, либо в ненадлежащих условиях – неродная упаковка, плохой климат. Это закономерно приводит к ухудшению их характеристик и снижению надежности. Вопрос не эстетики – функциональности, безопасности и банальных денежных издержек.
Физическая подоплека
Компоненты, как и жены, подвержены старению. В течение длительного хранения происходят следующее:
Окисление:
Металлические поверхности компонентов окисляются, образуя пленку, препятствующую нормальному контакту при пайке. Это как предварительные ласки в припотевших к телу кожаных штанах – есть любители, но для первого знакомства вариант спорный.
Деградация покрытия из-за аллотропических преобразований:
Некоторые материалы, используемые в покрытиях (снова олово), могут изменять свою кристаллическую структуру, что приводит к ухудшению паяемости и появлению хрупкости. В терминальных случаях – портится сам материал под покрытием.
Диффузия слоев:
Атомы различных металлов могут проникать друг в друга, изменяя состав и свойства материала. Любители смазывать уплотнения силиконовой смазкой вошли в чат.
Повреждения из-за термоциклических и электрохимических процессов:
Колебания температуры и влажности вызывают коррозию и образование микротрещин, что снижает надежность компонентов.
Гигроскопичность – пористые материалы, такие как пластик и керамика склонны к поглощению трудноудаляемой воды, которая дает о себе знать при нагреве.
Угрозы
Использование старых компонентов – игра в рулетку, в некоторых случаях, почти буквально: компоненты могут взрываться, загораться и фонтанировать искрами.
Типичные проблемы электронной просрочки:
Повышенное сопротивление контактов
Перегрев
Спонтанное отключение
Самое неприятное – непредсказуемость порчи. Внешние факторы (температура, влажность, наличие агрессивных веществ) могут катализировать процесс старения даже у внешне привлекательных компонентов.
Организационные способы решения проблемы
Наиболее оптимальный вариант – тщательное планирование. Изучайте техническую документацию производителя, закупайте компоненты только с оптимальным сроком хранения и организуйте их постоянную ротацию. Помните, скупой платит дважды, а в случае с "лежалыми" компонентами – и трижды. Старение – это совокупность необратимых процессов, которые нельзя остановить, но можно замедлить.
В спецификациях производителя, которые ПОКА можно скачать на старом-добром alldatasheet.com, время хранения в упаковке определяется как «shelf life», а срок жизни после вскрытия – «floor life», причем, зачастую речь идет сразу и непосредственно о нем. Вспомните все случаи, когда на партию из 15 устройств закупались микросхемы с нормоупаковкой 40 штук. Вспомнили? Можете быть уверены, упаковка у них была неродная. Как папка моей бывшей.
В таких случаях мы обречены штудировать рябящие в глазах таблицы стандарта IPC/JEDEC J-STD-020C. Ознакомившись с этими документами, вы иной раз можете узнать, что молодость вашей ЭКБ была растрачена где-то по дороге.
Уровень MSL | Безопасное время после вскрытия защитного пакета («floorlife») | Режимы выдержки ЭК для удаления влаги | ||||
Стандартный | Эквивалентный ускоренный | |||||
Время | Условия хранения | Время1(часы) | Режимы | Время1(часы) | Режимы | |
1 | Неограниченно | ≤30°C/85% | 168 +5/-0 | 85°C/85% | — | — |
2 | 1 год | ≤30°C/60% | 168 +5/-0 | 85°C/60% | — | — |
2a | 4 недели | ≤30°C/60% | 696 +5/-0 | 30°C/60% | 120 +1/-0 | 60°C/60% |
3 | 168 часов | ≤30°C/60% | 192 +5/-0 | 30°C/60% | 40 +1/-0 | 60°C/60% |
4 | 72 часа | ≤30°C/60% | 96 +2/-0 | 30°C/60% | 20 +0,5/-0 | 60°C/60% |
5 | 48 часов | ≤30°C/60% | 72 +2/-0 | 30°C/60% | 15 +0,5/-0 | 60°C/60% |
5a | 24 часа | ≤30°C/60% | 48 +2/-0 | 30°C/60% | 10 +0.5/-0 | 60°C/60% |
6 | Время указано на наклейке (TimeonLabel, TOL) | ≤30°C/60% | Время указано на наклейке | 30°C/60% | — | — |
Что делать, если без старых компонентов уже не обойтись? Разработчики в приступе ностальгии натолкали в устройство микросхем конца 90-х, заводская бюрократия не дает шанса легализовать на плате замену, а снабженцы привезли партию, оксидный налет на которой на поверку оказался плесенью? Вы ищете даташит на сайте производителя, а напротив искомого индекса стоит волшебный акроним NRND (Nor Recommended for New Design), либо Discontinued? Наступает время следующего параграфа.
Технологические способы
0.Входной контроль и тестирование готовых изделий – обязательны! Проверяйте компоненты на соответствие заявленным характеристикам, используйте параметрическое тестирование и рентгеновский контроль для выявления скрытых дефектов. Только так можно минимизировать риски и избежать неприятных сюрпризов.
Чисто производственные лайфхаки инженерные решения:
Модификация термопрофиля.
Речь идет о небольшом, порядка 30%, удлинении участка предварительного нагрева. В терминальном случае это вытекает в отдельную стадию: то, что называется «запекание» - плавный нагрев и выдержка при температуре 125°С в течение 48 часов. Данная процедура избавляет от лишней влаги, снимает механические напряжения, позволяет затянуться трещинам и аннигилирует аллотропические переходы в лужении. Применим такой процесс не на всех компонентах, поскольку ускоряет окисление выводов и способствует образованию интерметаллидов.
Применение паяльных паст с активным флюсом.
Подобно тому, как на свидании с опытной особой мы заказываем не Дайкири, а на двоих 0,5 Коллинза, так и активный флюс способствует более крепкому контакту, устраняя оксидный налет и способствует, вопреки оному, хорошему смачиванию.
Использование составов для удаления оксидных отложений.
Предварительная обработка компонентов специальными составами позволяет удалить оксиды и улучшить паяемость. Совместное купание сближает не только вас с коллегами из снабжения, но и компоненты с платой.
Ультразвуковая пайка.
Использование ультразвуковых колебаний для разрушения оксидных пленок и улучшения паяемости. Способ нишевой, но имеющий место.
Вакуумная пайка.
Пайка в вакууме снижает риск окисления и улучшает качество паяного соединения. Существенные минусы – стоит это дорого, и соответствующее оборудование есть не у всех.
Плазменная обработка.
Обработка плазмой довольно эффективно удаляет загрязнения. Минусы такие же, как у вакуума, зато есть вероятность, что установка стоит в соседней лаборатории, если предложат – не отказывайтесь.
С Вами снова был Магистр Георгий, на прощание приложу немного чтива на русском языке.
