Guía de sensibilidad a la humedad en PCB

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Si bien los efectos de la delaminación se pueden detectar a través de imágenes térmicas y microscopía acústica, no siempre se mostrarán en forma de síntomas obvios como decoloración y ampollas en las superficies. En general, es muy preferible evitar que la humedad llegue a la PCB en primer lugar. Esta protección se puede lograr a través de procesos como el prehorneado y el almacenamiento adecuado. El diseño de la PCB también puede afectar si la humedad es más o menos probable que sea un problema. Uno de los problemas más preocupantes con las placas de circuito impreso (PCB) implica la presencia de humedad. Si existe humedad dentro de una PCB, la desestabilización causada por ella puede tener un efecto de deslaminación en los elementos de la superficie. Cada vez que se aplica soldadura o reelaboración a la PCB, la delaminación podría expandirse fácilmente como resultado del contenido de humedad.

Cómo puede afectar la humedad a una PCB

La presencia de humedad puede provocar varias fallas funcionales en una PCB, dependiendo de qué componentes o vías conductoras entren en contacto con él a medida que se establece la difusión. La humedad puede enconarse en las interfaces de vidrio epoxi, resina o vidrio y en las grietas de un tablero. Los problemas comúnmente asociados con la humedad incluyen velocidades de circuito más lentas y mayores tiempos de retraso con las funciones de un dispositivo correspondiente. Si el problema supera cierto límite, es posible que el dispositivo simplemente no se active.

Se han realizado pruebas que muestran los efectos de la absorción y desorción de humedad en placas de circuito impreso. En una PCB con orificios pasantes enchapados de densidad variable, las cantidades atrapadas de humedad tienen diferentes tasas de desorción según la distancia entre cada orificio. En los PCB que están muy saturados, la desorción puede tardar cientos de horas en entornos de alta temperatura.

Si una placa de circuito impreso se coloca en un entorno en el que la presión de la humedad atmosférica supera la resistencia de la placa y sus componentes, la humedad puede penetrar en la placa de circuito impreso. Para evitar que la delaminación por humedad surta efecto en una placa de circuito impreso, la soldadura debe realizarse solo con temperaturas altas de menos del 0,1 por ciento de contenido de humedad o con temperaturas bajas de menos del 0,2 por ciento de contenido de humedad. La soldadura a alta temperatura rondaría los 260 grados centígrados, mientras que la soldadura a baja temperatura rondaría los 230 grados centígrados.

Detección y eliminación de humedad

Cuando se realizan mediciones de la capacidad de una PCB para almacenar energía eléctrica, se puede detectar un cambio en el contenido de humedad dentro de la placa. En este proceso se utilizan sensores de capacitancia. Los niveles de capacitancia se mueven en proporción inversa a la densidad del hueco. Si este último es alto, el primero es bajo porque hay menos distancia entre la humedad y la superficie pero más espacio para que escape la humedad.

En las PCB que no son PTH, la capacitancia disminuye a un ritmo más rápido. Como tal, se necesita menos tiempo de horneado para que estas tablas tengan un nivel de humedad lo suficientemente bajo. En las placas de PTH, hay menos espacio en la superficie expuesta para que escape la humedad.

Debido al efecto inverso de los planos de cobre en el proceso de desorción, deben hornearse teniendo en cuenta su diseño. Por un lado, puede vaciar la humedad de una placa de manera más efectiva ejecutando el proceso de horneado durante períodos más prolongados, pero hacerlo podría reducir la soldabilidad y la capacidad funcional de la placa. En consecuencia, se debe medir el tiempo de horneado para evitar estos posibles efectos secundarios.

El proceso de eliminación de la humedad no siempre produce resultados predecibles. Por ejemplo, un par de planos de cobre idénticos podrían sufrir un estallido central de humedad a medida que avanza la cocción, solo para difundirse momentos después. Si esta oleada momentánea de humedad ocurre en un área del tablero donde es más probable que se deslamine, podría ser el efecto secundario no deseado de la cocción.

En algunos tableros, la eliminación de la humedad simplemente no es posible una vez que la humedad se ha difundido a través de varias capas. Por lo tanto, es fundamental emplear medidas para evitar que entre humedad en la placa durante el proceso inicial de montaje.

¿Por qué sucede?

Una de las formas más comunes en que los PCB se exponen a la humedad es a través del contacto con el frío. aire de invierno En temperaturas frías, no hay suficiente calor en el aire atmosférico para absorber la humedad. Como resultado, el contenido humedecido del aire se libera sobre las superficies frías. Si una superficie se vuelve más fría que el aire mismo, esa superficie puede servir como un imán para la humedad liberada o condensado. Este proceso es el motivo por el cual las ventanas a menudo se empañan durante el invierno.

Los artículos fríos colocados cerca de áreas de condensación también pueden atraer la humedad del aire. Por ejemplo, un jarrón colocado a lo largo del alféizar de una ventana empañada puede humedecerse con gotas de humedad. Cualquier superficie que pueda volverse más fría que el aire interior y retener agua estancada puede servir como un imán, incluidas las superficies de los componentes de la computadora.

Las superficies internas y externas de una computadora o dispositivo periférico inactivo pueden enfriarse fácilmente en los meses de invierno. A medida que las superficies se vuelven más frías que el aire mismo, atraen la humedad. Con los componentes internos, el problema puede agravarse si no hay orificios de ventilación para que escape la humedad. Los PCB, por ejemplo, se pueden colocar horizontalmente dentro de una caja de computadora, un escáner, un reproductor de video o un dispositivo estéreo. Durante las horas del día en que la casa está vacía y la calefacción y la electricidad están apagadas a pesar de las bajas temperaturas exteriores, estos dispositivos pueden servir como imanes de humedad.

A medida que la humedad se difunde sobre las superficies de las PCB y otros circuitos internos, es posible que los dispositivos no vuelvan a encenderse. Cuando un dispositivo se deja inactivo durante los meses de invierno y no se activa cuando llega la primavera, a veces la causa es la humedad interna. Dado que el dispositivo en sí ha estado inactivo, no ha habido generación de calor interno dentro de la unidad durante el período de tiempo en cuestión.

Las formas adicionales en que la humedad puede acumularse en los PCB incluyen las siguientes:

• Embalaje insuficiente: Los PCB también pueden entrar en contacto con la humedad cuando se empaquetan o almacenan en bolsas y gabinetes en mal estado. Si una placa se envía en un paquete inadecuado que no ofrece protección contra las condiciones ambientales, la humedad puede filtrarse bajo ciertas condiciones. En algunos casos, la humedad se difundirá en las capas de la PCB antes de que llegue a manos del cliente.
• Montaje: Una de las formas más esquivas y frustrantes en que la humedad puede entrar en contacto con una placa de circuito impreso es cuando las partículas de agua del aire ambiente caen sobre la placa durante el proceso de ensamblaje. Si cae agua sobre la placa antes de soldar y se difunde a través de las capas, la placa en sí puede estar fabricada esencialmente con un defecto. Aunque existen pasos para eliminar la humedad, esos mismos pasos también pueden abrir la tabla a una mayor exposición.
• Hornear: La humedad puede incluso hincharse dentro de una placa durante el proceso más común utilizado para combatir la humedad de las PCB:la cocción. Si bien la intención detrás del horneado es calentar los PCB a niveles de temperatura que expulsen la humedad, las moléculas de humedad internalizadas a menudo se expanden momentáneamente a medida que aumenta la temperatura dentro de la placa. Si bien la mayor parte de la humedad finalmente se elimina de la placa de circuito impreso, la expansión momentánea puede causar una mayor difusión irreversible dentro de la placa.

Estándares IPC para humedad

En 2010, se establecieron los estándares IPC para el control de la humedad de los PCB a fin de reparar el descuido que había recibido este tema en el alcance general del mantenimiento de los PCB. Las placas de soldadura recubiertas pueden conservar su soldabilidad durante períodos más prolongados siempre que se tomen medidas para evitar que entre humedad en las placas. Alternativamente, las tablas pueden durar más si se emplean los pasos adecuados para difundir la humedad.

De acuerdo con las pautas, el horneado es un método práctico para eliminar la humedad de los PCB en los que los controles de proceso preexistentes no lograron evitar la entrada de humedad. Sin embargo, las pautas también advierten que el horneado genera mayores gastos, mayor tiempo de ciclo y menor soldabilidad. El proceso de horneado también consiste en una manipulación posterior, que puede causar daños y contaminar una placa de circuito impreso. Por lo tanto, la necesidad de hornear debe evitarse en la medida de lo posible con un mantenimiento preventivo durante el montaje, la manipulación y el almacenamiento de PCB.

El documento advierte especialmente contra el horneado de capas de conservantes de soldabilidad orgánica (OSP) porque los efectos del horneado disminuyen el acabado. En la soldadura sin plomo, las capas de OSP son comunes debido a los pasos sencillos y rentables que implica su aplicación. A pesar de estas ventajas, las capas de OSP pueden oxidarse fácilmente debido a la simplicidad de la capa de recubrimiento, que es lo único que protege la superficie de cobre subyacente. Solo se necesitan un par de minutos para que se produzca la separación de la superficie y la difusión de la humedad con una capa de OSP.

Los PCB a menudo se envían en paquetes que hacen que las placas sean vulnerables a la absorción de humedad. En muchos casos, los PCB se envían en bolsas de aluminio o bolsas ESD. En consecuencia, estos tableros a menudo llegan con cantidades peligrosas de difusión de humedad. Si se almacenan en los paquetes después de recibirlos, las tablas podrían arruinarse fácilmente en cuestión de meses. En su lugar, los PCB deben enviarse y almacenarse en bolsas protectoras contra la humedad (MBB).

Cómo prevenir la humedad en los PCB

Durante la fabricación de PCB, el proceso de laminación debe realizarse en un ambiente de temperatura controlada donde el sistema de aire se regula con agentes secantes desecantes. También es crucial usar guantes nuevos durante cada ciclo de trabajo para evitar la propagación de la contaminación entre los diferentes componentes.

El mismo proceso de laminación de PCB tiene un efecto deshidratante en el producto terminado. Es durante esta etapa que los preimpregnados y los núcleos se colocan y las capas se unen en una sola placa. Algunos fabricantes aplican un efecto de vacío de baja presión durante esta etapa para evitar vacíos internos que podrían atrapar la humedad dentro de las capas.

Entre ciertos fabricantes de PCB, es una práctica común hornear los preimpregnados antes de la laminación. El objetivo aquí es evitar que se formen bolsas de humedad y ampollas en el tablero terminado. Este paso es más útil cuando el preimpregnado ha pasado un cierto período de tiempo en un entorno de almacenamiento no regulado. De lo contrario, este paso generalmente no es necesario.

Uno de los medios más eficaces para prevenir la humedad en una placa de circuito impreso son los planos de malla de cobre, que inhiben el paso de la humedad entre las capas, así como dentro y fuera de las placas. Los planos de cobre en malla también sirven como un material de unión más fuerte entre las capas. Sin embargo, su presencia en una PCB puede reducir la capacidad eléctrica de la placa.

Cómo eliminar la humedad de los PCB

El principal método para eliminar la humedad de una placa de circuito impreso es el horneado, durante el cual se aplican altos niveles de calor para expulsar los rastros de humedad incrustados. El horneado es un método popular porque las altas temperaturas son un medio eficaz para eliminar la humedad en la mayoría de los entornos. A medida que el calor se abre camino a través de las capas sujetas a este tratamiento, los efectos serán generalmente completos y duraderos. El horneado suele emplearse durante la etapa de ensamblaje antes de que los PCB se envíen a las tiendas y fábricas de productos electrónicos.

A pesar de los efectos a menudo positivos del horneado, el proceso también puede tener sus inconvenientes. Si una placa de circuito impreso contiene grandes planos de cobre, las concentraciones de humedad pueden aumentar al principio durante el proceso de respaldo y, como resultado, provocar la delaminación. Es durante esos segundos de hinchazón que puede ocurrir la difusión de la humedad. Una vez que eso sucede, el proceso de eliminación de la humedad se vuelve mucho más difícil, si no imposible.

Se puede drenar el contenido de humedad de los PCB cuando se colocan en recintos de secado, que mantienen los tableros a temperaturas ideales con menos de 0,05 g/m3 de vapor de aire. Este entorno proporciona un efecto de vacío en las PCB que evita que la humedad se asiente o se disperse. Los recintos secos también previenen la oxidación y los desarrollos intermetálicos. Los PCB se pueden almacenar indefinidamente en recintos de secado con poco riesgo de descomposición.

Es importante que los PCB se almacenen correctamente en compartimentos secos. Cuando se envían y se mantienen en reserva, los PCB deben empaquetarse en MBB. Las unidades de almacenamiento en seco con aire deshumidificado pueden evitar la exposición a la humedad durante las semanas o meses en que una placa de circuito impreso espera su uso en una computadora o dispositivo electrónico.

Una PCB contenida en un dispositivo activo posiblemente podría estar en contacto con la humedad si el dispositivo en sí se ha sentado en un ambiente húmedo. Situado en una habitación con ventanas empañadas, un dispositivo desactivado fácilmente podría tener superficies humedecidas por dentro y por fuera, incluso si el problema no es evidente a simple vista. Puede evitar este problema manteniendo las unidades electrónicas activas durante los meses fríos y manteniendo temperaturas interiores razonablemente cálidas. Una computadora activa, por ejemplo, generará suficiente calor interno para eliminar la humedad de las PCB y otros componentes.

Otra forma de combatir la humedad en los componentes electrónicos es colocar dichos dispositivos en posición vertical. Una caja de computadora horizontal tendrá una placa de circuito impreso que posiblemente podría albergar humedad estancada. En una torre de computación, el PCB está situado en posición vertical. Cuando el objetivo es eliminar la humedad por todos los medios necesarios, es preferible la vertical a la horizontal.

Placas de circuito impreso de Millennium Circuits Limited

La absorción de humedad de la placa de circuito impreso es un problema importante que debe reconocer si utiliza placas de circuito impreso para productos de cualquier tipo. Para garantizar una vida útil prolongada de la placa, es necesario dominar las precauciones de manejo de PCB en todas las etapas de ensamblaje, manejo, envío, almacenamiento, instalación, mantenimiento y reubicación.

En MCL, nuestros técnicos están capacitados profesionalmente en el manejo seguro de PCB y nos aseguramos de que cada PCB enviado desde nuestra ubicación se envíe en un empaque a prueba de humedad. Para obtener más información sobre nuestras PCB, comuníquese con MCL hoy para recibir una cotización.

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