Dynamisch und wartungsfrei

Gerhard Kurpiela, Totech Europe, Dronten (B)

Alle Bauteile der MSL-Klassen (1) 2a bis 5a können gemäß der IPC/JEDEC-J-STD-033B.1 (2) bei einem Wasserdampfgehalt von weniger als 1,9 g/m³ (3) für unbegrenzte Zeit gelagert werden. Wird der Umgebungsluft noch mehr Feuchtigkeit entzogen, steigt die Dampfdruckdifferenz so, dass die Wassermoleküle in den Bauteilen deren Adhäsionskräfte überwinden und wieder an die Umgebungsluft abgegeben werden. Die Bauteile werden getrocknet.

Die Trocknungsgeschwindigkeit wird stark über die Dampfdruckdifferenz beeinflusst. Je geringer diese in der Lagerumgebung ist, umso schneller wird befeuchteten Bauteilen und Schaltungsträgern die Feuchte entzogen. Die Lagersysteme der Totech GmbH schaffen eine Atmosphäre von < 0,5 % rF bei Raumtemperatur (4) und erzeugen mit einem Wasserdampfgehalt von weniger als 0,05 g/m³ faktisch ein Feuchtevakuum. Dies führt am Lagergut zu einem starken Rücktrocknungsprozess, indem bereits aufgenommene Feuchtigkeit wieder abgegeben wird. Dieser ist überaus schonend, da die Bauteile keinerlei thermischem Stress ausgesetzt werden und dadurch weder die Gefahr der Oxida-tion noch die des intermetallischen Wachstums besteht.

Die neu entwickelte dynamische Hochleistungstrockeneinheit U-5002 erreicht selbst bei 60° C noch Luftfeuchtigkeitswerte unter 0,17 %rF. Auch bei geöffneter Tür steigt die Luftfeuchtigkeit kaum über 5 %rF an und sinkt innerhalb von wenigen Minuten wieder weit unter 1 %rF. Dabei verbraucht diese Trockeneinheit weniger Energie als ihre Vorgänger. War es bisher notwendig, in regelmäßigen Abständen (meist alle 6 Stunden) das Trockenmittel zu regenerieren, so ist es erstmals gelungen, diesen Prozess bedarfsabhängig zu steuern. Durch einen Mikroprozessor wird der Zustand des Trockenmittels permanent erfasst und mit den hinterlegten Sollwerten verglichen. Erst wenn der Feuchtegehalt im Schrank die Absorptionsfähigkeit des Trockenmittels überschreitet wird eine thermische Regeneration eingeleitet. Diese wiederum wird in ihrer Stärke, entsprechend der gewünschten Restfeuchte im Schrank, individuell angepasst. Dies führte dazu, dass an selten geöffneten Lagerschränken der Energieverbrauch nochmals drastisch gesenkt werden konnte. Oft reicht eine Regeneration von 15 Minuten für mehrere Wochen Entfeuchtung aus. In fertigungsnaher Umgebung passt sich das Regenerationsverhalten der Trockeneinheit dynamisch an die Bedürfnisse mit kurzen Öffnungszyklen der Türen und mehrschichtiger Auslastung an. Hierdurch wird die Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit gegenüber einem fixen Regenerationszyklus wesentlich verbessert.

Um die Daten für Regelung und Dokumentation zu erfassen, kommt ein sehr schnell reagierender Präzisionssensor (5) zum Einsatz. Der in den Sensor integrierte Datenlogger ermöglicht eine lückenlose Aufzeichnung aller relevanter Daten wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur im Offline- Betrieb. Zusätzlich können diese Daten über die standardmäßig enthaltene serielle Schnittstelle online gespeichert und auf Grenzwertüberschreitung überwacht werden. Dies bildet die Basis für eine verlässliche Do-kumentation im Rahmen eines Moisture-Sensitive-Managements. Eine Rekalibrierung des gesamten Systems ist ISO-konform und kostengünstig durch den Einsatz eines kalibrierten Sensors mit Zertifikat im Tauschverfahren möglich.

Mit der MSD- Schrankserie bietet Totech ein flexibles Schranksystem auf der Basis der dynamischen Trockeneinheit U-5002 an. Durch seine innovative Modularbauweise ist jederzeit eine Erweiterung der Lagerkapazitäten mit zusätzlichen passiven Modulen im Baukastenverfahren möglich. Weitere Schrankteile oder Trockeneinheiten können je nach Bedarf in das Schranksystem integriert werden. Hier bewährt sich die automatische Anpassung der neuen Trockeneinheit an steigende Anforderungen.

Um die Trocknungszeiten weiter zu verkürzen, kann dieser Prozess thermisch unterstützt werden. Um Oxidationsprobleme zu vermeiden, ist es zwingend erforderlich, dass dieser Prozess ebenfalls in einem „Feuchtevakuum“ stattfindet. Unter diesen Bedingungen fehlt der Elektrolyt (Luftfeuchtigkeit) und somit kann auch keine Oxidation stattfinden (6). Mit der XSD-Serie kommt das Unternehmen hier den zahlreichen Kundenanfragen nach einem zuverlässigen, effektiven und einfach in den Produktionsablauf einzubindenden Trockensystem nach. In vielen Fällen wird hierdurch das klassische Tempern bei sehr hohen Temperaturen überflüssig.

Die XSD-Serie (Abb. 3) ermöglicht durch den doppelwandigen Aufbau in Kombination mit einer hervorragenden Isolierung nicht nur einen effizienten Energieeinsatz, auch die Temperaturverteilung erfolgt ebenfalls sehr homogen. Diese Technik kann zum IPC-konformen (7) Tempern von sensible Bauteilen bei 40 °C genau so eingesetzt werden wie zur Trocknung von Reels oder Tubes bei 50 °C oder Leiterplatten bei 60 °C. Eine starke Luftumwälzung im Inneren macht hierbei das Öffnen und erneute Einschweißen der Bauteile in Gurte überflüssig. Das spart nicht nur Kosten und Zeit sondern schont auch die Bauteile selbst. Mit der dynamischen Trockeneinheit in den Adsorptionstrockenlagerschränken werden sämtliche feuchtigkeitsempfindliche Bauteile schnell, sanft und prozesssicher getrocknet. Die Lagerung in trockener Atmosphäre bietet einen optimalen Oxidationsschutz. Die wartungsfreien Trockeneinheiten sind führend in ihrer Entfeuchtungsleistung bei höchster Energieeffizienz.

SMT/Hybrid/Packaging

Stand 7-529

(1) Gemäß IPC/JEDEC-J-STD-020D, 5. Verfahrens-ablauf + Tabelle 5.1

(2) IPC/JEDEC J-STD-033B.1, Oktober 2005, Tabelle 7.1

(3) Entspricht einer relativen Luftfeuchtigkeit von 4,9 % bei 35 °C

(4) 25 °C, 0,17 %rF entsprechen 0,04 g/m³

(5) Rotronic HygroClip, Messintervall 0,7 s, Genauigkeit bei 23 °C ±0,8 %rF, (optional bis 0,6 %rF) und ±0,1 K.

(6) hierzu Lehrbuch der Metallkorrosion, Prof. Karl Müller, 5. Auflage, Eugen G. Leuze Verlag

(7) IPC/JEDEC J-STD-033B.1, Oktober 2005, Tabelle 4.1