Старые электронные компоненты: Что делать?

Георгий Александров

Главный инженер компании ProSMD

«Не ешь, живот заболит», говорила бабушка – «пускай дед доест» . Что ж, ее мудрость, как никогда к месту.

Пережившие хранение компоненты – вокзальная шаурма для вашего устройства. Как избежать катастрофы и не исторгнуть нечто непотребное?

Использование компонентов, переживших долгий срок хранения, – это серьезная проблема, характерная для современной отечественной промышленности. В контексте промышленной электроники, «лежалые» компоненты – это те, что хранились дольше рекомендованного производителем срока, либо в ненадлежащих условиях – неродная упаковка, плохой климат. Это закономерно приводит к ухудшению их характеристик и снижению надежности. Вопрос не эстетики – функциональности, безопасности и банальных денежных издержек.

Физическая подоплека

Компоненты, как и жены, подвержены старению. В течение длительного хранения происходят следующее:

• Окисление:

  Металлические поверхности компонентов окисляются, образуя пленку, препятствующую нормальному контакту при пайке. Это как предварительные ласки в припотевших к телу кожаных штанах – есть любители, но для первого знакомства вариант спорный.

• Деградация покрытия из-за аллотропических преобразований:

  Некоторые материалы, используемые в покрытиях (снова олово), могут изменять свою кристаллическую структуру, что приводит к ухудшению паяемости и появлению хрупкости. В терминальных случаях – портится сам материал под покрытием.

• Диффузия слоев:

  Атомы различных металлов могут проникать друг в друга, изменяя состав и свойства материала. Любители смазывать уплотнения силиконовой смазкой вошли в чат.

• Повреждения из-за термоциклических и электрохимических процессов:

  Колебания температуры и влажности вызывают коррозию и образование микротрещин, что снижает надежность компонентов.

• Гигроскопичность – пористые материалы, такие как пластик и керамика склонны к поглощению трудноудаляемой воды, которая дает о себе знать при нагреве.

Угрозы

Использование старых компонентов – игра в рулетку, в некоторых случаях, почти буквально: компоненты могут взрываться, загораться и фонтанировать искрами.

Типичные проблемы электронной просрочки:

• Повышенное сопротивление контактов

• Перегрев

• Спонтанное отключение

Самое неприятное – непредсказуемость порчи. Внешние факторы (температура, влажность, наличие агрессивных веществ) могут катализировать процесс старения даже у внешне привлекательных компонентов.

Организационные способы решения проблемы

Наиболее оптимальный вариант – тщательное планирование. Изучайте техническую документацию производителя, закупайте компоненты только с оптимальным сроком хранения и организуйте их постоянную ротацию. Помните, скупой платит дважды, а в случае с «лежалыми» компонентами – и трижды. Старение – это совокупность необратимых процессов, которые нельзя остановить, но можно замедлить.

В спецификациях производителя, которые ПОКА можно скачать на старом-добром alldatasheet.com, время хранения в упаковке определяется как «shelf life», а срок жизни после вскрытия – «floor life», причем, зачастую речь идет сразу и непосредственно о нем. Вспомните все случаи, когда на партию из 15 устройств закупались микросхемы с нормоупаковкой 40 штук. Вспомнили? Можете быть уверены, упаковка у них была неродная. Как папка моей бывшей.

В таких случаях мы обречены штудировать рябящие в глазах таблицы  стандарта IPC/JEDEC J-STD-020C. Ознакомившись с этими документами, вы иной раз можете узнать, что молодость вашей ЭКБ была растрачена где-то по дороге.

Что делать, если без старых компонентов уже не обойтись? Разработчики в приступе ностальгии натолкали в устройство микросхем конца 90-х, заводская бюрократия не дает шанса легализовать на плате замену, а снабженцы привезли партию, оксидный налет на которой на поверку оказался плесенью? Вы ищете даташит на сайте производителя, а напротив искомого индекса стоит волшебный акроним NRND (Nor Recommended for New Design), либо  Discontinued? Наступает время следующего параграфа.

Технологические способы

0.Входной контроль и тестирование готовых изделий – обязательны! Проверяйте компоненты на соответствие заявленным характеристикам, используйте параметрическое тестирование и рентгеновский контроль для выявления скрытых дефектов. Только так можно минимизировать риски и избежать неприятных сюрпризов.

Чисто производственные лайфхаки инженерные решения:

1. Модификация термопрофиля.

   Речь идет о небольшом, порядка 30%, удлинении участка предварительного нагрева. В терминальном случае это вытекает в отдельную стадию: то, что называется «запекание» — плавный нагрев и выдержка при температуре 125°С в течение 48 часов. Данная процедура избавляет от лишней влаги, снимает механические напряжения, позволяет затянуться трещинам и аннигилирует аллотропические переходы в лужении. Применим такой процесс не на всех компонентах, поскольку ускоряет окисление выводов и способствует образованию интерметаллидов.

2. Применение паяльных паст с активным флюсом.

   Подобно тому, как на свидании с опытной особой мы  заказываем не Дайкири, а на двоих 0,5 Коллинза, так и активный флюс способствует более крепкому контакту, устраняя оксидный налет и способствует, вопреки оному, хорошему смачиванию.

3. Использование составов для удаления оксидных отложений.

   Предварительная обработка компонентов специальными составами позволяет удалить оксиды и улучшить паяемость. Совместное купание сближает не только вас с коллегами из снабжения, но и компоненты с платой.

4. Ультразвуковая пайка.

   Использование ультразвуковых колебаний для разрушения оксидных пленок и улучшения паяемости. Способ нишевой, но имеющий место.

5. Вакуумная пайка.

   Пайка в вакууме снижает риск окисления и улучшает качество паяного соединения. Существенные минусы – стоит это дорого, и соответствующее оборудование есть не у всех.

6. Плазменная обработка.

   Обработка  плазмой довольно эффективно удаляет загрязнения. Минусы такие же, как у вакуума, зато есть вероятность, что установка стоит в соседней лаборатории, если предложат – не отказывайтесь.

С Вами снова был Магистр Георгий, на прощание приложу немного чтива на русском языке.