eng
В статье приведены основные требования международных стандартов к хранению материалов и компонентов, чувствительных к влаге, а также технические характеристики шкафов сухого хранения SDB1106 компании «Совтест АТЕ» (Россия) в сравнении со шкафами производства Catec Dry 870EC (Китай).
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.178.7.144.149
УДК 621.796 | ВАК 05.27.06
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.178.7.144.149
УДК 621.796 | ВАК 05.27.06
Теги: components dry storage cabinets ipc / jedec j-std‑020c ipc / jedec j-std‑020с materials moisture sensitivity level sovtest ate компоненты материалы «совтест ате» уровень влагочувствительности шкафы сухого хранения
Влажность способна вызвать различные механические повреждения радиоэлектронных изделий, например, коррозию внутренних слоев печатных плат, разбрызгивание припоя, нарушение паяемости, тепловой распад материалов, появление микротрещин в корпусе интегральных микросхем (ИМС), «эффект попкорна»* и др. (рис. 1).
Дефекты паяного соединения проявляются в виде трещин или микропор (т. н. «раковин»), которые образуются в результате того, что влага, которую впитал в себя компонент, при пайке начинает испаряться и выходит пузырьками воздуха.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ ПО ХРАНЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОНЕНТОВ
Согласно международному стандарту IPC / JEDEC J-STD‑020С все электронные компоненты в негерметичных корпусах подразделяются по степени чувствительности к влажности окружающей среды на восемь уровней. Каждому уровню соответствует определенный временной промежуток, в течение которого компонент должен быть установлен на плату (табл. 1).
Зачастую в процессе производства используются не все компоненты из упаковки. В таких случаях оставшиеся компоненты повторно помещаются в вакуумную упаковку, герметизируются и отправляются на хранение в специальные шкафы – шкафы сухого хранения, которые обеспечивают необходимый уровень влажности.
Если же повторная герметизация упаковки невозможна и заданное время между распаковкой и пайкой превышено – а для некоторых компонентов это время может составлять всего четыре часа, – то их свойства можно восстановить. Обычно это достигается путем просушки компонентов в сушильном шкафу. В отличие от шкафов сухого хранения, которые относятся к технологическому оборудованию, сушильные шкафы оснащены вытяжной системой, буквально вытягивающей влагу из помещенных внутрь изделий или компонентов, и эти шкафы уже относятся к категории испытательного оборудования.
СИСТЕМЫ СУХОГО ХРАНЕНИЯ
СЕРИИ SOVTEST DRY BOX
Для длительного хранения распакованных компонентов и материалов применяются, как уже говорилось выше, шкафы сухого хранения, обеспечивающие создание контролируемых климатических условий. На сегодняшний день на мировом рынке технологического оборудования представлен широкий спектр шкафов сухого хранения. Однако из российских компаний, которые их производят, только одна поставляет это оборудование уже более семи лет, причем не только на предприятия России, но и в страны Таможенного союза и Балтии – ООО «Совтест АТЕ». В номенклатуре продукции предприятия такие системы представлены линейкой Sovtest Dry Box (SDB).
Системы сухого хранения Sovtest Dry Box обеспечивают отсутствие влаги при хранении печатных плат и электронных комплектующих, таких как интегральные схемы, полупроводники и т. д., создавая внутреннюю среду, удовлетворяющую требованиям российских и международных промышленных стандартов[1], которые регламентируют условия хранения и эксплуатации изделий электроники.
Влагочувствительные компоненты помещаются в тумбу (рис. 2а) или шкаф (рис. 2б) сухого хранения SDB с заранее установленными параметрами среды. Влажность варьируется в диапазоне от 1 до 50%, в зависимости от требуемых условий хранения компонентов и материалов.
Базовым режимом линейки шкафов SDB является поддержание низкого уровня влажности при температуре 25 ± 5 °C. В случае, если в помещении сравнительно холодно – так, что температура хранимых компонентов опускается ниже допустимого значения, – в шкафах сухого хранения SDB можно опционально установить устройство обогрева, способное поддерживать температуру до 40 °C (рис. 3а). При наличии специальных требований по предотвращению окисления выводов компонентов шкафы могут быть оборудованы системой подачи инертного газа (рис. 3б).
Шкафы сухого хранения SDB позволяют хранить не упакованные во влагонепроницаемый пакет компоненты поверхностного монтажа, обеспечивают доступ к требуемым элементам в течение короткого времени, способны быстро восстанавливать внутренний уровень влажности после открывания / закрывания двери.
СРАВНЕНИЕ С АНАЛОГОМ
Специалисты «Совтест АТЕ» провели сравнительный анализ шкафов сухого хранения: модели SDB1106 собственного производства (образец № 1) и аналога китайского производства Catec Dry 870EC (образец № 2), который в силу своей низкой стоимости пользуется популярностью у российских производителей электроники. Исследования проводились по специально разработанной методике и предусматривали сравнение ряда основных функциональных особенностей и рабочих параметров образцов. Условия окружающей среды в помещении, где проводились испытания: 25 °C, RH 60%.
Конструкция изделий. Оба образца выполнены в соответствии с требованиями, предъявляемыми к промышленному оборудованию. Изделия имеют одинаковую конструкцию (сварной стальной каркас) и схожи по внешнему виду, однако лакокрасочное покрытие у образца № 2 нанесено неравномерно. Отличаются также материалы, использованные для изготовления внутренних узлов: осушители образца № 1 – цельнометаллические; у осушителей образца № 2 корпуса выполнены из пластмассы, что снижает срок службы и надежность изделия в ходе его эксплуатации.
По сравнению с системой контроля влажности серии Sovtest Dry Box, образец № 2 имеет малоинформативную двухцветную панель индикации. Кроме того, у него отсутствуют звуковой сигнализатор открытия дверей шкафа и световой сигнализатор режима работы шкафа (рис. 4).
Образец № 1 оснащен эргономичными ручками-замками, предусмотрена возможность установки опорных ножек совместно с колесами или вместо них.
В ходе исследований качества защиты от электростатического разряда оба образца показали полное соответствие требованиям международных стандартов IEC (EN) 6340-5-1 / 2.
Функциональные характеристики систем. При практически одинаковых наружных габаритах полезный объем шкафов сухого хранения предприятия «Совтест АТЕ» значительно больше, он составляет 989 л против 870 л у китайского аналога. Столь заметная разница обусловлена различием технических решений в части размещения осушителей: у образца № 1 они установлены снаружи шкафа, а у образца № 2 – внутри (рис. 5). Примечательно, что в технической документации образца № 2 этот факт не указан.
Согласно официальным техническим характеристикам тестируемых образцов, поддержание заданных значений относительной влажности обеспечивается:
• в диапазоне 0–100% с погрешностью [(0…100) ± 2]% для образца № 1;
• в диапазоне 1–10% с погрешностью [(1…10) ± 3]% для образца № 2.
Во время испытаний на соответствие заявленным характеристикам влажность внутри шкафов сначала была доведена до состояния окружающей среды (25 °C, RH 60%), после чего дверцы в шкафах были закрыты, шкафы включены, и задан минимальный порог влажности, указанный производителем в технической документации.
Проверка показала, что погрешность в заявленных характеристиках у образца № 1 гораздо ниже, чем у образца № 2. Фактическая относительная влажность в шкафу производства «Совтест АТЕ», согласно показаниям внешнего поверенного измерительного устройства, достигла 0,75% при заявленном значении RH 0%±2%, в то время как уровень влажности внутри аналога смог выйти лишь на отметку RH 3,6% при заявленном значении RH 1%±3%.
Дальнейшие исследования проводились с целью оценки динамических характеристик: времени выхода оборудования в рабочее состояние и точности поддержания заданных режимов.
Скорость выхода в рабочее состояние определялась путем измерения времени восстановления заданного порога влажности после того, как в различных комбинациях открывались двери шкафов. Динамические характеристики для обоих образцов имеют сходные показатели. На рис. 6 приведен график изменения уровня влажности в образце № 1 после поочередного открытия дверей в различных комбинациях; график, построенный по результатам аналогичного теста для образца № 2, выглядит практически так же.
Оценка точности поддержания заданных параметров в течение длительного времени проводилась по результатам наблюдения обоих образцов в течение пяти рабочих дней. Образец № 1 показал бульшую стабильность поддержания заданных значений. В течение всего времени наблюдения после выхода в рабочее состояние влажность внутри шкафа поддерживалась с абсолютной погрешностью 1,48% (рис. 7а). Что касается работы образца № 2, то здесь специалисты зафиксировали всплески влажности, превышающие заданное значение в несколько раз (рис. 7б).
Разница в заданных значениях для образцов № 1 (RH 0%) и № 2 (RH 1%) объясняется тем, что в заявленных технических характеристиках образца № 2 указан контролируемый уровень влажности 1–10%. Это означает, что производитель не гарантирует определенной точности поддержания уровня влажности при пороговом значении RH 0%; соответственно, устанавливать такой порог на испытаниях неправомочно.
Более стабильные показатели образца № 1 объясняются тем, что в нем процесс осушения управляется интеллектуальным алгоритмом с обратной связью. Наличие такого алгоритма у образца № 2 вызывает большие сомнения.
Эксплуатация систем. Анализ эксплуатационной документации образцов № 1 и № 2 показал, что комплект, поставляемый заказчику вместе со шкафом сухого хранения предприятия «Совтест АТЕ», превосходит по информативности документацию системы-аналога. Он включает в себя руководство по эксплуатации оборудования, паспорт, гарантийный талон, а также инструкцию по проверке технических характеристик оборудования, в то время как в комплекте документации на образец № 2 паспорт и инструкция отсутствуют; нет также электрической схемы шкафа.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты исследования подтвердили высокую конкурентоспособность шкафов серии Sovtest Dry Box (SDB) по ряду параметров, в том числе в отношении технических характеристик и конструкционных особенностей. Если рассматривать их в рамках программы по импортозамещению, то шкафы SDB являются достойной альтернативой зарубежным аналогам и даже превосходят многие из них по надежности и ряду функциональных параметров.
* * *
Высокое качество систем сухого хранения производства «Совтест АТЕ» подтверждено рядом документов, таких как:
• патент на изделие (рис. 8а);
• декларация соответствия Таможенного союза (рис. 8б);
• сертификат о происхождении товара (форма СТ‑1) (рис. 8в).
Системы сухого хранения серии Sovtest Dry Box полностью соответствуют требованиям экологичности, безопасности и энергоэффективности. Признанием их высокого качества стал диплом лауреата конкурса «100 лучших товаров России» 2015 года (рис. 8г). Приобретая шкафы серии SDB, вы гарантируете себе правильную организацию хранения изделий электроники, чувствительных к влаге.
ЛИТЕРАТУРА
1. IPC / JEDEC J-STD‑020С. Moisture / Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices. Классификация по уровню чувствительности к влажности негерметичных твердотельных компонентов поверхностного монтажа при пайке оплавлением.
2. IPC / JEDEC J-STD‑033С. Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture / Reflow Sensitive Surface Mount Devices. Установка, упаковка, транспортирование и применение чувствительных к влажности и оплавлению SMD компонентов.
1 ООО «Совтест АТЕ», ведущий инженер-технолог, lchuikova@sovtest-ate.com.
* «Эффект попкорна» – растрескивание микросхем при пайке. Связан с высокой скоростью нагрева при преодолении точки кипения воды (100 °C).
Дефекты паяного соединения проявляются в виде трещин или микропор (т. н. «раковин»), которые образуются в результате того, что влага, которую впитал в себя компонент, при пайке начинает испаряться и выходит пузырьками воздуха.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ ПО ХРАНЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОНЕНТОВ
Согласно международному стандарту IPC / JEDEC J-STD‑020С все электронные компоненты в негерметичных корпусах подразделяются по степени чувствительности к влажности окружающей среды на восемь уровней. Каждому уровню соответствует определенный временной промежуток, в течение которого компонент должен быть установлен на плату (табл. 1).
Зачастую в процессе производства используются не все компоненты из упаковки. В таких случаях оставшиеся компоненты повторно помещаются в вакуумную упаковку, герметизируются и отправляются на хранение в специальные шкафы – шкафы сухого хранения, которые обеспечивают необходимый уровень влажности.
Если же повторная герметизация упаковки невозможна и заданное время между распаковкой и пайкой превышено – а для некоторых компонентов это время может составлять всего четыре часа, – то их свойства можно восстановить. Обычно это достигается путем просушки компонентов в сушильном шкафу. В отличие от шкафов сухого хранения, которые относятся к технологическому оборудованию, сушильные шкафы оснащены вытяжной системой, буквально вытягивающей влагу из помещенных внутрь изделий или компонентов, и эти шкафы уже относятся к категории испытательного оборудования.
СИСТЕМЫ СУХОГО ХРАНЕНИЯ
СЕРИИ SOVTEST DRY BOX
Для длительного хранения распакованных компонентов и материалов применяются, как уже говорилось выше, шкафы сухого хранения, обеспечивающие создание контролируемых климатических условий. На сегодняшний день на мировом рынке технологического оборудования представлен широкий спектр шкафов сухого хранения. Однако из российских компаний, которые их производят, только одна поставляет это оборудование уже более семи лет, причем не только на предприятия России, но и в страны Таможенного союза и Балтии – ООО «Совтест АТЕ». В номенклатуре продукции предприятия такие системы представлены линейкой Sovtest Dry Box (SDB).
Системы сухого хранения Sovtest Dry Box обеспечивают отсутствие влаги при хранении печатных плат и электронных комплектующих, таких как интегральные схемы, полупроводники и т. д., создавая внутреннюю среду, удовлетворяющую требованиям российских и международных промышленных стандартов[1], которые регламентируют условия хранения и эксплуатации изделий электроники.
Влагочувствительные компоненты помещаются в тумбу (рис. 2а) или шкаф (рис. 2б) сухого хранения SDB с заранее установленными параметрами среды. Влажность варьируется в диапазоне от 1 до 50%, в зависимости от требуемых условий хранения компонентов и материалов.
Базовым режимом линейки шкафов SDB является поддержание низкого уровня влажности при температуре 25 ± 5 °C. В случае, если в помещении сравнительно холодно – так, что температура хранимых компонентов опускается ниже допустимого значения, – в шкафах сухого хранения SDB можно опционально установить устройство обогрева, способное поддерживать температуру до 40 °C (рис. 3а). При наличии специальных требований по предотвращению окисления выводов компонентов шкафы могут быть оборудованы системой подачи инертного газа (рис. 3б).
Шкафы сухого хранения SDB позволяют хранить не упакованные во влагонепроницаемый пакет компоненты поверхностного монтажа, обеспечивают доступ к требуемым элементам в течение короткого времени, способны быстро восстанавливать внутренний уровень влажности после открывания / закрывания двери.
СРАВНЕНИЕ С АНАЛОГОМ
Специалисты «Совтест АТЕ» провели сравнительный анализ шкафов сухого хранения: модели SDB1106 собственного производства (образец № 1) и аналога китайского производства Catec Dry 870EC (образец № 2), который в силу своей низкой стоимости пользуется популярностью у российских производителей электроники. Исследования проводились по специально разработанной методике и предусматривали сравнение ряда основных функциональных особенностей и рабочих параметров образцов. Условия окружающей среды в помещении, где проводились испытания: 25 °C, RH 60%.
Конструкция изделий. Оба образца выполнены в соответствии с требованиями, предъявляемыми к промышленному оборудованию. Изделия имеют одинаковую конструкцию (сварной стальной каркас) и схожи по внешнему виду, однако лакокрасочное покрытие у образца № 2 нанесено неравномерно. Отличаются также материалы, использованные для изготовления внутренних узлов: осушители образца № 1 – цельнометаллические; у осушителей образца № 2 корпуса выполнены из пластмассы, что снижает срок службы и надежность изделия в ходе его эксплуатации.
По сравнению с системой контроля влажности серии Sovtest Dry Box, образец № 2 имеет малоинформативную двухцветную панель индикации. Кроме того, у него отсутствуют звуковой сигнализатор открытия дверей шкафа и световой сигнализатор режима работы шкафа (рис. 4).
Образец № 1 оснащен эргономичными ручками-замками, предусмотрена возможность установки опорных ножек совместно с колесами или вместо них.
В ходе исследований качества защиты от электростатического разряда оба образца показали полное соответствие требованиям международных стандартов IEC (EN) 6340-5-1 / 2.
Функциональные характеристики систем. При практически одинаковых наружных габаритах полезный объем шкафов сухого хранения предприятия «Совтест АТЕ» значительно больше, он составляет 989 л против 870 л у китайского аналога. Столь заметная разница обусловлена различием технических решений в части размещения осушителей: у образца № 1 они установлены снаружи шкафа, а у образца № 2 – внутри (рис. 5). Примечательно, что в технической документации образца № 2 этот факт не указан.
Согласно официальным техническим характеристикам тестируемых образцов, поддержание заданных значений относительной влажности обеспечивается:
• в диапазоне 0–100% с погрешностью [(0…100) ± 2]% для образца № 1;
• в диапазоне 1–10% с погрешностью [(1…10) ± 3]% для образца № 2.
Во время испытаний на соответствие заявленным характеристикам влажность внутри шкафов сначала была доведена до состояния окружающей среды (25 °C, RH 60%), после чего дверцы в шкафах были закрыты, шкафы включены, и задан минимальный порог влажности, указанный производителем в технической документации.
Проверка показала, что погрешность в заявленных характеристиках у образца № 1 гораздо ниже, чем у образца № 2. Фактическая относительная влажность в шкафу производства «Совтест АТЕ», согласно показаниям внешнего поверенного измерительного устройства, достигла 0,75% при заявленном значении RH 0%±2%, в то время как уровень влажности внутри аналога смог выйти лишь на отметку RH 3,6% при заявленном значении RH 1%±3%.
Дальнейшие исследования проводились с целью оценки динамических характеристик: времени выхода оборудования в рабочее состояние и точности поддержания заданных режимов.
Скорость выхода в рабочее состояние определялась путем измерения времени восстановления заданного порога влажности после того, как в различных комбинациях открывались двери шкафов. Динамические характеристики для обоих образцов имеют сходные показатели. На рис. 6 приведен график изменения уровня влажности в образце № 1 после поочередного открытия дверей в различных комбинациях; график, построенный по результатам аналогичного теста для образца № 2, выглядит практически так же.
Оценка точности поддержания заданных параметров в течение длительного времени проводилась по результатам наблюдения обоих образцов в течение пяти рабочих дней. Образец № 1 показал бульшую стабильность поддержания заданных значений. В течение всего времени наблюдения после выхода в рабочее состояние влажность внутри шкафа поддерживалась с абсолютной погрешностью 1,48% (рис. 7а). Что касается работы образца № 2, то здесь специалисты зафиксировали всплески влажности, превышающие заданное значение в несколько раз (рис. 7б).
Разница в заданных значениях для образцов № 1 (RH 0%) и № 2 (RH 1%) объясняется тем, что в заявленных технических характеристиках образца № 2 указан контролируемый уровень влажности 1–10%. Это означает, что производитель не гарантирует определенной точности поддержания уровня влажности при пороговом значении RH 0%; соответственно, устанавливать такой порог на испытаниях неправомочно.
Более стабильные показатели образца № 1 объясняются тем, что в нем процесс осушения управляется интеллектуальным алгоритмом с обратной связью. Наличие такого алгоритма у образца № 2 вызывает большие сомнения.
Эксплуатация систем. Анализ эксплуатационной документации образцов № 1 и № 2 показал, что комплект, поставляемый заказчику вместе со шкафом сухого хранения предприятия «Совтест АТЕ», превосходит по информативности документацию системы-аналога. Он включает в себя руководство по эксплуатации оборудования, паспорт, гарантийный талон, а также инструкцию по проверке технических характеристик оборудования, в то время как в комплекте документации на образец № 2 паспорт и инструкция отсутствуют; нет также электрической схемы шкафа.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты исследования подтвердили высокую конкурентоспособность шкафов серии Sovtest Dry Box (SDB) по ряду параметров, в том числе в отношении технических характеристик и конструкционных особенностей. Если рассматривать их в рамках программы по импортозамещению, то шкафы SDB являются достойной альтернативой зарубежным аналогам и даже превосходят многие из них по надежности и ряду функциональных параметров.
* * *
Высокое качество систем сухого хранения производства «Совтест АТЕ» подтверждено рядом документов, таких как:
• патент на изделие (рис. 8а);
• декларация соответствия Таможенного союза (рис. 8б);
• сертификат о происхождении товара (форма СТ‑1) (рис. 8в).
Системы сухого хранения серии Sovtest Dry Box полностью соответствуют требованиям экологичности, безопасности и энергоэффективности. Признанием их высокого качества стал диплом лауреата конкурса «100 лучших товаров России» 2015 года (рис. 8г). Приобретая шкафы серии SDB, вы гарантируете себе правильную организацию хранения изделий электроники, чувствительных к влаге.
ЛИТЕРАТУРА
1. IPC / JEDEC J-STD‑020С. Moisture / Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices. Классификация по уровню чувствительности к влажности негерметичных твердотельных компонентов поверхностного монтажа при пайке оплавлением.
2. IPC / JEDEC J-STD‑033С. Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture / Reflow Sensitive Surface Mount Devices. Установка, упаковка, транспортирование и применение чувствительных к влажности и оплавлению SMD компонентов.
1 ООО «Совтест АТЕ», ведущий инженер-технолог, lchuikova@sovtest-ate.com.
* «Эффект попкорна» – растрескивание микросхем при пайке. Связан с высокой скоростью нагрева при преодолении точки кипения воды (100 °C).
Отзывы читателей
