mercoledì, 23 ottobre ,2019
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Componenti elettronici sensibili all’ umidità

Recenti esperienze viste ci hanno portato a redigere una veloce informativa su un argomento non sempre ben noto.

E’ importante comprenderlo bene con il fine di attivarsi all’interno delle nostre aziende per mitigarne il fenomeno; parliamo della sensibilità all’umidità dei componenti elettronici !

La continua implementazione di nuovi formati nei circuiti integrati ci fa incontrare ogni giorno componenti nuovi.

Molti di questi, soprattutto circuiti integrati complessi (quali QFP,BGA,QFN,LGA Etc ma anche i diodi Led) sono componenti sensibili all’umidità (il loro case è igroscopico), significa quindi che seppur in piccola parte, assorbono l’umidità (MSD è l’acronimo di Moisture sensitive device) .

Tale assorbimento continua fino a quando non si è raggiunto un equilibrio con l’umidità presente in quell’ambiente specifico, di fatto maggiore è la quantità di umidità presente e maggiore sarà la quantità di umidità assorbita dai nostri dispositivi elettronici .

Quando questi dispositivi sono sottoposti ad elevate temperature, tipiche durante le fasi di saldatura (ancor più elevate con l’avvento nel 2006 della tecnologia Lead Free) , l’eventuale umidità intrappolata all’interno del corpo plastico dei dispositivi SMD vaporizza velocemente provocando una pressione interna molto elevata che è capace di danneggiare o distruggere il componente; si tratta di un problema estremamente complesso !

Solitamente può accadere che si verifichi una delaminazione (separazione) interna al componente. (Gli “anglosassoni” usano il termine Popcorn) .

Tale fenomeno (il più delle volte invisibile esternamente) crea una frattura/criccatura interna al componente che lo rende spesso inutilizzabile.

Prestiamo quindi attenzione a quando estraiamo i componenti dal loro involucro (apertura della confezione) .

Abbiamo infatti un periodo di tempo limitato (chiamato floor life) entro il quale i componenti vanno saldati . (Oltre tale tempo va effettuato il baking)

C’è anche una normativa IPC che ci viene in aiuto; si tratta della IPC/JEDEC J-STD-033 .

In tale documento sono riportate le principali precauzioni da adottare durante la manipolazione di questi componenti .

Vi è una classificazione su 8 livelli in base ai quali tali dispositivi, per svariati motivi, possono essere lasciati “aperti” in azienda e quindi esposti ad umidità .

Questa classificazione è espressa in numeri, dove all’aumentare del numero aumenta la vulnerabilità all’umidità del componente ( ed aumenta quindi la possibilità di avere un effetto popcorn durante la saldatura).

Pertanto a titolo di esempio il MSL1 corrisponde ad una situazione immune all’effetto “popcorn”, mentre il livello 6 “implica” la necessità di fare il baking prima di procedere con l’assemblaggio e la successiva saldatura.

Level* 1:tempo di esposizione illimitato a una temperatura massima di 30 °C massima umidità relativa 85%
•Level* 2:un anno di esposizione a una temperatura massima di 30 °C e massima umidità relativa 60%;
•Level* 2a:4 settimane di esposizione a una temperatura massima di 30 °C massima umidità relativa 60%
•Level* 3:168 ore di esposizione a una temperatura massima di 30 °C e massima umidità relativa 60%;
•Level* 4:72 ore di esposizione a una temperatura massima di 30 °C e massima umidità relativa 60%
•Level* 5:48 ore di esposizione a una temperatura massima di 30°C e massima umidità relativa 60%
•Level* 5a: 24 ore di esposizione a una temperatura massima di 30°C e massima umidità relativa 60%
•Level* 6: è necessario eseguire l’operazione di baking (forno) prima di utilizzare il componente, che deve poi essere saldato entro il tempo limite riportato nelle sue specifiche.

Nell’uso comune “solitamente” il livello che maggiormente si incontra è il Level 3.

Level*: Significa la ” floor life” , ovvero il tempo entro il quale, una volta aperta la confezione, i componenti vanno saldati, considerando una temperatura max 30°C ed il 60% di umidità max.

La normativa riporta anche, in base al livello di appartenenza ed alle dimensioni/spessore del corpo del componente, il tempo di esecuzione di baking , che deve avvenire in un forno (capace di espellere l’umidità all’esterno) .

Il baking è utilizzato come ultima “chance”, dopo che i componenti sono rimasti esposti in una situazione ambientale di umidità “inadeguata/incontrollata”.
I componenti sensibili MSD solitamente vengono chiusi in buste sigillate contenenti confezioni di sali essicanti ed un indicatore di umidità .

Risulta quindi di fondamentale importanza ,verificare all’apertura della confezione , qual’è il grado di umidità rilevato sul cartoncino indicatore (di solito colori blu o rosa indicano elevata umidità), in modo tale da capire se per procedere è necessario fare il baking oppure si può entrare direttamente in produzione (utilizzando i dispositivi entro il tempo prescritto, vedi sotto).

Inoltre sulla confezione vengono solitamente riportate alcune informazioni. In particolare si evidenzia la floor-life (tempo utile di utilizzo quando la confezione è aperta), la massima temperatura che il dispositivo può sopportare durante la fase di saldatura e le informazioni relative all’eventuale processo di baking. (Passaggio in forno)

Il Baking ……questo sconosciuto….ma di cosa si tratta ?


Il processo di baking viene utilizzato in produzioni elettroniche per “ricondizionare” i componenti dopo che ne è stata aperta la confezione originale oppure è scaduto il tempo utile di utilizzo.

Bisogna però considerare che tale attività, per sua natura, accelera anche i processi di ossidazione e può quindi diminuire la saldabilità dei terminali . (In certi casi si pone anche una problematica di intermetallico nel giunto di saldatura)

Esistono anche armadi deumidificanti che sono utilizzati per l’immagazzinamento di componenti elettronici ed anche PCB.

A beneficiare dei vantaggi che l’utilizzo di questi armadi comporta , sono in particolar modo i circuiti stampati e quei componenti il cui case è igroscopico ( Risulta valido anche per le schede parzialmente assemblate in attesa di completamento).
Questi armadi possono assolvere anche un altro importante compito, quello di immagazzinare per lungo tempo componenti strategici o obsoleti . (Ci soni infatti particolari settori tecnologici che richiedono la garanzia di ricambistica per molti anni)

Ci auguriamo che questo “breve trattato” sia risultato utile a comprendere un fenomeno molto importante e da non sottovalutare, presente nella vita di tutti i giorni !

Clicca qui per darci il tuo feedback , è un aiuto prezioso !

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2 commenti

  1. Ciao ,

    credo siate “giovani” come sito in quanto non vi ho mai visti prima……
    Quanto avete fatto è molto interessante !
    Se mi è concesso ho un quesito :
    Nella nostra azienda abbiamo qualche problema su schede con dei QFN montati ; qualcuno ha delle idee o linee guida per valutare in prima analisi un assemblatore che sia in grado di gestire componenti complessi …. ?

    Antonio da Brescia

    • Ciao Antonio,

      a breve parleremo proprio di questo.

      Stiamo preparando un’ articolo che spiega come valutare un terzista che si occupa di assemblaggio schede elettroniche.

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