Lagerung unbestückter Leiterplatten

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Inhaltsverzeichnis

Allgemein

Wie lange und unter welchen Voraussetzungen unbestückte Leiterplatten gelagert werden können, hängt von vielen Faktoren ab. Normen, Richtlinien, Standards zur Lagerung von Leiterplatten sind bis dato nicht verfügbar bzw. nicht bekannt. Viele Kunden haben ihre eigenen Verpackungs- und Lagervorschriften. Einzelne Leiterplattenhersteller sprechen Empfehlungen zur Lagerung aus.

Wichtiger Hinweis:

Beim IPC befindet sich derzeit eine neue Richtlinie zum Thema Lagerung und Handling unbestückter Leiterplatten in Arbeit (Status: working draft). Es handelt sich um die IPC-1601 Printed Circuit Board Storage and Handling Guidelines

Zweiter Link zur IPC-1601: IPC-1601 baking guideline

Eingesetztes Material

Basismaterialien für Leiterplatten werden nach ihrem Einsatzzweck ausgesucht und müssen dafür bestimmte Eigenschaften aufweisen, die die Leiterplatte letztendlich elektrisch als auch mechanisch bestimmt. Neben diesen gewollten Eigenschaften haben die Materialien aber auch unerwünschte, so enthalten z.B. fast alle Basismaterialien 'hygroskopische Stoffe' ([griech./dt.], Stoffe, die die Feuchtigkeit der Luft aufnehmen). Diese Feuchtigkeit muss dem Material vor der Verarbeitung (dem Löten) durch Tempern wieder entzogen werden. Dieses Tempern bedeutet aber, dass der Platte Wärme zugeführt wird, die wiederum chemische Prozesse an den Grenzflächen der einzelnen Metallschichten schneller ablaufen lässt (siehe Einfluss der Lagerungstemperatur).

Einfluss der Oberfläche

Die Oberfläche oder das Finish der Leiterplatte bestimmt neben der Lagerungstemperatur im Wesentlichen die Lagerfähigkeit. Prinzipiell laufen zwischen allen Metallschichten chemische Prozesse ab, bei denen sich intermetallische Phasen ausbilden. Gelangen diese an die Oberfläche der Schutzschicht, verliert diese ihre Schutzeigenschaft und die Lötbarkeit kann vollständig verloren gehen.

Gebräuchliche Endoberflächen und ihre Lagerzeiten

Von den meisten Leiterplattenherstellern werden folgende Lagerzeiten für unbestückte Leiterplatten, bezogen auf die Endoberfläche, angegeben. Voraussetzung ist eine Lagerung in einer geschlossenen Verpackung (PE Beutel vakuumiert oder Dry Pack) und bei Raumklima ( 25°C+- 5°C, max 60% Luftfeuchte). Abweichungen davon haben Einfluss auf die Oberfläche (z.B. stärkere Ausbildung intermetallischer Phasen) was wiederum Einfluss auf die Lötfähigkeit der Leiterplatte hat. Temperaturschwankungen können zur Kondensation auf der Verpackung und den Platinen führen. Hier genügt bereits ein Temperaturabfall von 7°C.

Richtwert für Lagerzeiten:

Hierzu können abweichende Angaben vom Leiterplattenhersteller gemacht werden!

  • HAL verbleit 24 Monate
  • HAL bleifrei 12 Monate
  • chem. NiAu 12 Monate
  • chem. Sn 6 Monate
  • ENTEC 12 Monate
  • galv. NiAu 12 Monate
  • chem. Ag 12 Monate
  • Bleizinn umschmolzen 24 Monate

Verpackung und Lagerung von Leiterplatten

  • Leiterplatten sollten in einem PE-Beutel eingeschweißt, idealerweise vakuumiert, sein. Zur Vermeidung von Staub-, Schmutz-,Schadstoffeinflüssen und mechanischer Beschädigung.
  • direkte Leiterplattenverpackung müssen frei von Ausgasungen sein.
  • Mittlerweile hält die Dry Pack Verpackung auch bei Leiterplatten immer mehr Einzug um die Feuchtigkeitsaufnahme im Rahmen des Transportes und der Lagerung der Leiterplatte zu minimieren und kalkulierbarer zu machen. Hierbei ist es sinnvoll Trockenbeutel und Feuchteindikatorstreifen mit zum Einsatz zu bringen.
  • Leiterplatten müssen rutsch fest verpackt sein um Oberflächenbeschädigungen wie Kratzer, Lackabplatzungen zu vermeiden. Eine säure freie Zwischenlage (z.B. Seidenpapier) zwischen den einzelnen Leiterplatten ist dienlich.
  • Eine Beschädigung der Verpackung muss vermieden werden. Im Fall von Beschädigung ist eine neue Umverpackung erforderlich, ggf. verbunden mit einem Tempern der LP'en.
  • Leiterplatten plan lagern um Spannungen zu vermeiden und damit Verwölbung / Verwindung.
  • Eine einheitliche Etikettierung der Verpackung (Hersteller, SachNr., Data Code, LosNr., Stückzahl, Barcode, Bestellnr. )

Wichtig:

Es muss immer eine Zuordnung und Nachverfolgbarkeit der Leiterplatten gewährleistet sein. Dies gilt auch wenn umverpackt wird bzw. Verpackungseinheiten geteilt werden.

  • Öffnungszeiten der Verpackung so klein wie möglich halten und dokumentieren.
  • Lagerzeiten auf ein Minimum reduzieren. First-in, first-out Prinzip im Lager und bei der Weiterverarbeitung durchsetzen. Einmal geöffnete Pakete vorrangig verarbeiten.
  • Das Öffnen der Verpackungen sollte unmittelbar vor dem Bestücken geschehen.
  • Leiterplatten, die nach dem öffnen der Verpackung nicht bestückt werden sollten so schnell als möglich wieder ordnungsgemäß verpackt werden.
  • Verpackungseinheiten festlegen (max. Stückzahlen und Gewicht). Ist zum einen wichtig für den Arbeitsschutz (Gewichtsbegrenzung beim Handling) zum anderen lassen sich dadurch unnötige zusätzliche Verpackungsschritte und Öffnungszeiten durch umverpacken vermeiden. Vereinbarungen mit dem Leiterplattenhersteller sind hier dienlich (Verpackungsvorschrift).
  • Beim Handling sollten Handschuhe getragen werden. Fingerabdrücke auf der LP (Lötflächen) beeinflussen das Lötergebnis negativ.

Hinweise sind auch im Artikel Basismaterial für Leiterplatten zu finden.

Simulation der Alterung von Leiterplatten

Tempern bei 155°C (Umluftofen)

Verweildauer

2 Stunden entsprechen ca. 1 Jahr Alterung

4 Stunden entsprechen ca. 2 Jahre Alterung

Ein anschließender Löttest zeigt den Benetzungs- und Entnetzungsgrad und gibt Aufschluss auf Verarbeitbarkeit der Leiterplatten.


Trocknen von Leiterplatten

Das Trocknen kann im Umluftofen bzw. Vakuumtrocknungsofen erfolgen. Es wird eingesetzt um die vom Leiterplattenmaterial aufgenommene Luftfeuchtigkeit in der Platine wieder stark zu minimieren. Dadurch kann die Gefahr einer Delamination der Leiterplatte während des Lötprozesses vermieden bzw. minimiert werden. Ursache für eine Delamination ist die vom Basismaterial aufgenommene Feuchtigkeit, welche sich beim Lötprozess (erhöhter Temperatureinfluss auf die LP) stark ausdehnt. Der entstehende Gasdruck in der Leiterplatte wirkt sich sehr stark auf die Z-Achsenausdehnung der LP aus. Die Folge können sein: Delamination der LP, Hülsenrissen, Leiterbahnabtrennungen.

Die Trocknung sollte nicht im Stapel erfolgen. Idealerweise vertikal und auf Lücke (Verwendung eines Racks). Bei den Verweilzeiten und den Trocknungstemperaturen, die zur Anwendung kommen gibt es verschiedene Auffassungen bei Leiterplattenhersteller und Anwendern. Hier sollte jedoch immer eine Abstimmung mit dem Leiterplattenhersteller erfolgen. Verwendete Basismaterialien, Oberflächenausführung und deren Schichtdicke können maßgeblichen Einfluss auf die Weiterverarbeitung nehmen.

Was jedoch gesagt werden kann: eine niedrige Temperatur erfordert ein längere Verweildauer im Ofen. Höhere Temperaturen verkürzen die Verweildauer, fördern aber die Alterung der Oberfläche zunehmend.

Weitere Informationen zum Thema Feuchtigkeitsaufnahme und Trocknen sind im Artikel Basismaterial für Leiterplatten zu finden.

Wichtiger Hinweis:

Jedes Trocknen bedeutet auch immer einen Temperaturprozess, der wie bereits erwähnt, die Ausprägung der intermetallischen Phasen in den Metallschichten fördert, was wiederum zur Folge hat, dass es zu Einschränkung der möglichen Anzahl an Lötprozessen kommen kann, die Lötqualität mangelhaft ist oder es gar zum Totalausfall beim Lötprozess kommt!! Es sollten nur die Leiterplatten getempert werden die auch gleich im Anschluss dem Bestückprozess zugeführte werden.

Einfluss der Lagerungstemperatur

Die Umgebungstemperatur der gelagerten Leiterplatten beschleunigt oder verzögert die Prozesse des Wachstums der Intermetallischen Phasen. Bei höherer Temperatur werden die Prozesse beschleunigt.


Faktoren für die geometrische Veränderung der Leiterplatte

  • Verwinden
  • Verwölben
  • Delaminieren

Fazit

Auch das Thema Lagerung von Leiterplatten ist ein umfangreiches Gebiet mit vielen unbekannten Größen, die die Fertigungsqualität maßgeblich mit beeinflussen können. Die Einhaltung kleiner Regeln kann hier jedoch ein hohes Maß an Prozesssicherheit und zur Vermeidung von Zusatzkosten für Nacharbeit, Verwurf, Neubestellung, Zeitverlust usw. beitragen.

  • Bestellmengen so wählen, dass eine Verarbeitung in kürzester Zeit erfolgen kann. Der kurzfristige Einkaufserfolg hinsichtlich geringerem Preis bei größerer Bestellmenge ist schnell dahin geschmolzen wenn Qualitätsprobleme auftreten.
  • first-in, first-out ist ein muss.
  • Ordnungsgemäße Verpackung, keine Beschädigungen
  • Lagerung bei denkbar günstigen Umgebungsbedingungen ( Idealfall 25°C, <=60 r.F.)
  • Öffnen der LP-Verpackung unmittelbar vor der Bestückung
  • bestehen höhere Temperaturunterschiede zwischen Lagerort der Leiterplatten und dem Bestückungsort, so sind die Leiterplatten vor dem Bestücken 24h bei den klimatischen Verhältnissen der Bestückumgebung geschlossen zu lagern.
  • beim Handling der Leiterplatten Handschuhe tragen zur Vermeidung von Fingerabdrücken.
Persönliche Werkzeuge