Trocknung und Lagerung
Eine korrekte Lagerung und Trocknung hat zum Ziel, dass Leiterplatten im Lötprozess ausreichend trocken sind. Außerdem bleibt dadurch die Lötfähigkeit der Oberflächen erhalten.
Feuchtigkeit und Wasseraufnahme
Eine begehrte Eigenschaft von Kunststoffen ist es, wasserundurchlässig zu sein. Dies gilt jedoch nur in begrenztem Maß und ist abhängig von der Art des Kunststoffs, sodass z.B. bei Verpackungen von feuchtigkeitsempfindlichen Waren mit langer Lagerzeit (Arzneimittel, Lebensmittel) mehrschichtige Verbundsysteme oder metallbedampfte Folien zum Einsatz kommen.
Ursache für die Leitung von Feuchtigkeit durch Folien ist die Fähigkeit der Materialien, Wassermoleküle aufzunehmen und durch Diffusion weiterzugeben.
Bei Leiterplatten spielt die Feuchtigkeit jedoch nicht nur bei der Verpackung eine Rolle. Die Wasseraufnahme führt bei den Basismaterialien selbst zu dem unerwünschten Nebeneffekt, dass die Feuchtigkeit im Lötprozess entweicht. Bei zu hohem Wassergehalt und zu schnellem Temperaturanstieg kommt es zu Delaminationen des Basismaterials. Geringere Haftfestigkeiten fördern zusätzlich diese Ausfälle.
Wasseraufnahmemenge bestimmen
Die aufgenommene Wassermenge lässt sich leicht selbst bestimmen, indem die Leiterplatten vor und nach dem Trocknen gewogen werden. So lassen sich auch zeitliche Phänomene untersuchen. Wichtig beim Wiegen ist eine ausreichend genaue Waage sowie eine ausreichende Abkühlung der getrockneten Leiterplatten, da durch Luftwirbel beim Abkühlen in der Waage Messfehler entstehen.
Basismaterialien lassen sich bezüglich ihrer Wasseraufnahme grob in drei Klassen unterteilen:
(>1%)
Hohe Wasseraufnahme
insb. flexibles und starres Polyimid-Material
(>0,1%)
Mittlere Wasseraufnahme
Epoxidsysteme FR4, FR5
(<0,1%)
Geringe Wasseraufnahme
PTFE, LCP
Lagerbedingungen
Der ZVEI hat im Jahr 2008 eine Richtlinie für die Lagerung von Leiterplatten erstellt. Folgende Lagertemperaturen, -luftfeuchtigkeiten und Verpackungen werden empfohlen:
Lagertemperatur / Luftfeuchtigkeit
- Lagertemperatur max. 30°C
- Luftfeuchtigkeit max. 70 % rH
Verpackungen
- Verschweißte PE-Folie
- beschichtete Vakuumfolie (Vakuumbeutel)
- antistatisch
Optional
- Feuchtigkeitsindikator
- Trockenmittel bei Vakuumverpackung
- mechanische Unterstürtzungsplatte (einseitig, beidseitig)
Trocknung von Leiterplatten
Für die Trocknung von Leiterplatten hat der ZVEI/VdL im Jahr 2008 Richtlinien erstellt. Folgende Trocknungsparameter werden empfohlen:
(Trocknung in Konvektions-/Umluftofen bzw. in Vakuumtrockenofen, nicht im Stapel)
| Material | Temperatur | Zeit | Zeit bis Lötprozess |
|---|---|---|---|
|
FR4 (Tg 135°C) |
120 °C |
≥120 min |
<24 h |
|
FR4 (Tg >135°C) |
130 – 150 °C |
≥120 min |
<8 h |
|
Starrflex, Flex |
130 – 150 °C |
≥120 min |
<8 h |
|
Multilayer-LP ≥ 6Lg. |
130 – 150 °C |
≥120 min |
<8 h |
Vakuumtrocknung bei 50 mbar erlaubt 20 K niedrigere Temperaturen und 60 Minuten kürzere Zeiten und ist bei thermisch sensiblen Oberflächen (chem. Zinn) zu empfehlen.
Beim Trocknen sollten die Glasübergangstemperaturen Tg nicht überschritten werden. Anderenfalls spricht man von Tempern, bei dem die Leiterplatten thermisch und thermomechanisch deutlich stärker belastet werden.
Einflussfaktoren auf die Trocknung und Materialfeuchte
Die folgenden Punkte beeinflussen maßgeblich die Trocknungsqualität und die Restfeuchte im Leiterplattenmaterial:
Einfluss von Lötprozessen & Temperaturprofilen
Der verwendete Lötprozess hat erheblichen Einfluss auf die Materialbelastung:
Kritisch sind besonders:
Dampfphasen-Anlagen mit hohen Temperaturgradienten, wenn das Profil nicht angepasst wurde
IR-Öfen mit hohem Strahlungsanteil, die zu ungleichmäßiger Erwärmung führen
Unkritischer und empfehlenswerter:
Modern ausgelegte Konvektionsöfen mit gut geregelten Temperaturzonen
Eine korrekte Abstimmung zwischen Trocknung, Feuchtemanagement und Lötprofil ist essenziell für eine zuverlässige Leiterplattenverarbeitung.
Anzahl und Größe von Kupferflächen
Große oder zahlreiche Kupferflächen erschweren die Trocknung, da Feuchtigkeit zwischen den Lagen oder Flächen langsam diffundiert.
In solchen Fällen ist eine besonders trockene Lagerung vor und nach der Trocknung entscheidend, um ein erneutes Aufnehmen von Feuchtigkeit zu vermeiden.
Lagerzeit vor dem Löten
Lagerzeit & Feuchteeintrag vor dem Lötprozess
Nach der Trocknung sind Leiterplatten extrem aufnahmefähig für Feuchtigkeit. Bereits wenige Stunden bei ungünstiger Umgebungsfeuchte reichen aus, damit das Material einen Großteil der maximal speicherbaren Wassermenge wieder absorbiert.
Typische Risiken bei zu hoher Feuchte vor dem Löten:
Delamination
Blistering
Popcorning
Risse in Durchkontaktierungen
Deshalb sind kontrollierte Lagerbedingungen (trockene Luft, Dry Cabinets, MBB-Verpackungen) unmittelbar vor dem Lötprozess zwingend erforderlich.
Weitere materialabhängige Einflussgrößen
Materialvarianten und Harzsysteme
Harzanteil und Füllstoffgehalt
Kupfertreatment, Bonding- bzw. Aufrau-Prozesse
Pressparameter bei Multilayern
Gesamtdicke und Lagenzahl
Diese Informationen sind auch als PDF verfügbar
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Bei speziellen Fragen zur Trocknung und Lagerung von Leiterplatten helfen wir Ihnen gerne weiter:
Dr. Christoph Lehnberger
Leiter technische Beratung
