Не ешь, живот заболит
, говорила бабушка – пускай дед доест
. Что ж, ее мудрость, как никогда к месту.
Пережившие хранение компоненты – вокзальная шаурма для ваших приборов. Как избежать катастрофы и не смущаться наших остроумных аналогий?
Использование компонентов, переживших долгий срок хранения, – это серьезная проблема для современной отечественной промышленности. В контексте промышленной электроники, "лежалые" компоненты – это электронные элементы, которые хранились дольше рекомендованного производителем срока, либо в ненадлежащих условиях - неродная упаковка, плохой климат. Это закономерно приводит к ухудшению их характеристик и снижению надежности. Это не требование эстетики, это вопрос функциональности, безопасности и, в конечном итоге, вашей прибыли.
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 скафандре – есть любители, но для первого знакомства вариант спорный.
- Деградация покрытия из-за аллотропических преобразований: Некоторые металлы, используемые в покрытиях (например, олово), могут изменять свою кристаллическую структуру, что приводит к ухудшению паяемости и увеличению хрупкости. В терминальных случаях – портится материал под оловянным 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 могут приводить к образованию микротрещин и коррозии, 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.
Решение
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. Старения – 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.
Таблица сроков годности электронных компонентов
| Уровень MSL | Безопасное время после вскрытия защитного пакета («floorlife») | Режимы выдержки ЭК для накопления влаги | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Время | Условия хранения | Стандартный | Эквивалентный ускоренный | |||
| Время1 (ч) | Режимы | Время1 (ч) | 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 | На наклейке | ≤30°C/60% | 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 решения проблемы
Входной контроль и тестирование готовых изделий – обязательны! Проверяйте компоненты на соответствие заявленным характеристикам, используйте рентгеновский контроль для выявления скрытых дефектов. Только так вы сможете минимизировать риски и избежать неприятных сюрпризов.
-
Модификация термопрофиля. Речь идет об удлинении участка предварительного нагрева. В терминальном случае это вытекает в отдельную стадию: то, что называется «запекание» - плавный нагрев и выдержка при температуре 125С 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, 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, скорее всего, соответствующего оборудования поблизости нет.
- Плазменная обработка. Обработка плазмой довольно эффективно удаляет загрязнения. Минусы такие же, как у вакуума, зато выше вероятность, что установка стоит в соседней лаборатории, если предложат – не отказывайтесь.
