O que é a secagem de PCB?
A secagem de Placas de Circuito Impresso (PCB) é o pré-tratamento para secar placas de circuito impresso e componentes sensíveis à umidade antes da montagem de PCB, para que nenhuma umidade fique dentro ou na superfície da PCB. Após o processo de secagem da PCB, defeitos de soldagem como o estufamento de CI serão evitados no processo de Montagem de Placas de Circuito Impresso (PCBA).
Por que PCBs armazenadas por muito tempo devem ser secadas antes da SMT?
O principal objetivo da secagem de PCB é remover a umidade contida na PCB, pois alguns materiais usados na PCB absorvem facilmente água do ambiente externo. Além disso, quando a PCB é armazenada por um longo período, há oportunidades de absorver umidade do ambiente, e “umidade” é um dos principais culpados que causam estufamento ou delaminação da PCB. “Umidade” também é um cúmplice na promoção da oxidação.
Porque quando a PCB é colocada em um ambiente onde a temperatura excede 100°C, como um forno de refluxo, forno de solda por onda, retrabalho de ar quente ou soldagem manual… etc., a “umidade” se tornará vapor de água e então expandirá rapidamente seu volume. Quanto mais rápido o aquecimento da PCB, mais rápido o vapor de água se expande. Quando a temperatura é mais alta, o volume do vapor de água aumenta. Quando o vapor de água não pode escapar da camada interna da PCB imediatamente após ser formado, há uma boa chance de suportá-lo. Expandir a PCB, especialmente na direção Z (direção vertical) da PCB, é a mais vulnerável porque a PCB é sobreposta camada por camada, às vezes os vias entre as camadas da PCB podem ser arrancados, e às vezes pode causar a separação entre as camadas da PCB. Mais seriamente, até mesmo a aparência da PCB pode apresentar bolhas, inchaço, rachaduras e outros fenômenos. Às vezes, mesmo que o fenômeno acima não seja visível na superfície da PCB, ela já foi danificada internamente. Isso causará funções instáveis de produtos elétricos ou problemas como CAF (micro curto-circuito), que eventualmente levarão à falha do produto.
Seguimos o procedimento abaixo para o processo de secagem:
Colocamos as placas separadas umas das outras no forno, usamos prateleiras para evitar empilhamento e posição vertical
Para placas de PCB Rígido-Flex, o tempo de secagem depende da espessura da PCB e da substância das PCBs
1. Espessura de PCBs até 1,0mm, placas mantidas no forno por no mínimo 2 horas a 120°C
2. Espessura de PCBs até 1,8mm, placas mantidas no forno por no mínimo 4 horas a 120°C
3. Espessura de PCBs até 4,0mm, placas mantidas no forno por no mínimo 6 horas a 120°C
4. PCBs feitas de poliimida/Thermount, todas as espessuras de PCBs são mantidas no forno por no mínimo 6 horas a 135°C
O processo para PCB Rígido para diferentes acabamentos de superfície
Para HASL, HASL sem chumbo e ENIG
1. Todas as espessuras de PCBs são mantidas no forno por no mínimo 2 horas a 120°C
O tempo de espera entre a secagem e a soldagem depende das condições de armazenamento. A 50% de umidade relativa, o tempo de espera sugerido é de no máximo 8 horas. Se as placas forem mantidas no forno a 35°C, o tempo de espera pode ser usado por mais tempo do que o tempo usual.
Todos os componentes precisam ser secados?
O padrão mais comum da indústria (J-STD-033) que rege os procedimentos de manuseio e processos para dispositivos sensíveis à umidade (MSDs) pode ser difícil de entender. Como resultado, procedimentos são frequentemente implementados que tendem a errar pelo lado conservador, e os fabricantes frequentemente assumem que é melhor prevenir do que remediar. Uma das maneiras mais fáceis de estar “seguro” em vez de “arrependido” é secar todos os MSDs.
Tradicionalmente, a secagem tem sido considerada uma solução para múltiplos problemas de soldagem. No entanto, em várias situações, isso simplesmente não é o caso. Muitos processos térmicos são necessários (cura, evaporação de solventes, etc.) no processo de fabricação de componentes. A maioria dos componentes não deve exigir secagem adicional entre o momento em que são removidos da bolsa de barreira de umidade do fabricante (MBB) e quando são soldados. Existem apenas duas razões para exigir a secagem dos MSDs após a remoção da MBB:
1. O MSD tem um nível de sensibilidade à umidade (MSL) de 6. Este é o componente de especificação MSL mais alto (pior) até hoje, e o J-STD-033 (na Tabela 5-1) afirma que a secagem é obrigatória e esses componentes devem então ser soldados dentro do prazo especificado no rótulo do fabricante. Para esses dispositivos, a secagem é obrigatória. No entanto, aplicar este processo a todos os MSDs apenas para estar seguro é exagero, pois se aplica apenas a componentes MSL 6.
2. O MSD excedeu sua vida útil no chão. Isso pode acontecer por muitos motivos, mas geralmente é resultado de situações evitáveis:
I. A compra de bobinas completas de MSDs é necessária, e sobram peças.
II. Uma desaceleração na produção ou trabalhos urgentes faz com que os MSDs permaneçam no chão por mais tempo do que o planejado.
III. Procedimentos de manuseio para MSDs não são seguidos ou são esquecidos.
IV. A MBB está quebrada ou danificada e/ou o cartão indicador de umidade (HIC) dentro da MBB indica exposição excessiva à umidade.
V. Os MSDs podem ter sido recebidos em uma condição desconhecida do fornecedor ou cliente.
Com procedimentos de manuseio bem executados e qualidade, um gabinete de atmosfera seca mantendo níveis de umidade relativa (RH) em 5% ou menos e não mais que 30˚C, a maioria dessas situações é evitável.
Se as razões para secar os MSDs não forem uma das duas razões acima, a decisão de secar deve ser analisada. É necessário ou está sendo implementado apenas para estar seguro em vez de arrependido? Exceto pelas duas razões mencionadas ou um requisito específico do cliente, a secagem deve ser evitada sempre que possível. A secagem desnecessária desperdiça tempo, dinheiro e energia e apenas serve para reduzir a confiabilidade e qualidade dos MSDs. Aqui estão algumas razões pelas quais a secagem deve ser evitada:
I. A secagem dos MSDs pode danificar permanentemente a fita plástica e bobinas, suportes, fita de suporte, tubos e bandejas usadas para dispensar os componentes. Danos podem ocorrer em temperaturas tão baixas quanto 45°C (113°F), tornando impossível para as máquinas de colocação processarem essas peças.
II. A secagem exacerba a oxidação nas terminações de solda dos MSDs, uma das maiores causas de baixa qualidade de solda.
III. A secagem leva muito tempo: até 79 dias para componentes um pouco grossos (2 a 4,5mm) na temperatura segura baixa de 40°C (104°F) para até 3 horas na temperatura de fusão do pacote de 125°C (257°F) para MSDs com MSL 2, com tempo de exposição passado a vida útil no chão expirada menos de 72 horas. Quanto maior a temperatura, menor o tempo de secagem, a menos que os componentes possam ser desempacotados, secos a uma temperatura muito alta e então repacotados a uma temperatura segura de 40°C (104°F). Nesta temperatura segura, os tempos de secagem começam em cinco dias e podem chegar a 79 dias.
IV. A secagem consome pelo menos 20 vezes mais energia do que simplesmente manter as peças secas. E, como a maioria dos MSDs não requer secagem, a menos que sejam MSL 6 ou a vida útil no chão tenha sido excedida por engano, seria mais confiável e econômico manter as peças secas em vez de secá-las.
Simplesmente, manter os MSDs secos é mais fácil e mais eficaz do que secar. Gabinetes de atmosfera seca que mantêm níveis de RH de menos ou igual a 5% atendem aos requisitos do padrão para parar o relógio de vida útil no chão quando os MSDs não podem ser soldados antes que a vida útil no chão expire.
Além disso, manter os MSDs em armazenamento seco requer 1/20 ou menos da energia (elétrica) necessária para secar, não tem tempo de secagem e não oferece risco à soldabilidade ou embalagem do componente.
Os montadores devem considerar o uso de fornos de secagem para MSDs extremamente sensíveis MSL 6 ou recuperar da situação evitável de exceder a vida útil no chão de um componente. Caso contrário, eles poderiam desligar os estoques aquecidos, armários de secagem e câmaras e armazenar todos os MSDs em gabinetes de atmosfera seca – não quente – sem violar o padrão ou diminuir a integridade das embalagens dos componentes.
Referências
1. IPC/JDEC J-STD-033C, Manuseio, Embalagem, Envio e Uso de Dispositivos Sensíveis à Umidade/Refluxo de Montagem em Superfície, Seção 1, Prefácio, Janeiro de 2007.
2. IPC/JDEC J-STD-033C, Tabela 5-1, Janeiro de 2007.
3. IPC/JDEC J-STD-033C, Seção 5.2, Janeiro de 2007.
4. IPC/JDEC J-STD-033C, Seção 4.2.7.1, Janeiro de 2007.
5. Ray Prasad, “Secagem e Embalagem de PCBs para Montagens Sem Chumbo,”
6. Intel, “Sensibilidade à Umidade/Embalagem Dessecante/Manuseio de PSMCs,” Manual de Embalagem de 2000, Seção 8.5.2, 2000.
7. Especificação elétrica típica para gabinete de atmosfera seca dessecante 15W média para secar, 600W para secar.
8. IPC/JDEC J-STD-033C, 5.2 e Tabela 5-1, Janeiro de 2007.
9. IPC/JDEC J-STD-033C, Tabelas 4-1, 4-2, e 4-3, Janeiro de 2007.
10. Especificação de temperatura de armazenamento ou secagem para bandejas de envio e materiais de fita e bobina de componentes: 45°C.
