Alle Moisture-Sensitive-Devices (MSDs) der MSL-Klassen 2a bis 5a können gemäß der IPC/JEDEC-J-STD-033B.1 bei einem Wasserdampfgehalt von weniger als 1,9 g/m³ 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 von Totech schaffen eine Atmosphäre von <0,5 % r. F. bei Raumtemperatur 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 Prozess verläuft zudem überaus schonend, da die Bauteile keinerlei thermischem Stress ausgesetzt werden und dadurch weder die Gefahr der Oxidation noch die des intermetallischen Wachstums besteht.
Dynamische Trockeneinheit
Die dynamische Hochleistungstrockeneinheit U-5002 erreicht selbst bei 60 °C noch Luftfeuchtigkeitswerte unter 0,17 % r. F. Auch bei geöffneter Tür steigt die Luftfeuchtigkeit kaum über 5 % r. F. an und sinkt innerhalb von wenigen Minuten wieder weit unter 1 % r. F. 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 führt dazu, dass an selten geöffneten Lagerschränken der Energieverbrauch nochmals drastisch gesenkt werden kann. 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.
Datenerfassung
Um die Daten für Regelung und Dokumentation zu erfassen, kommt ein sehr schnell reagierender Präzisionssensor 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 Dokumentation 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.
Trockenschrank mit Wachstumsoption
Mit der MSD-Schrankserie (Bild 1) bietet Totech ein flexibles Schranksystem auf der Basis der dynamischen Trockeneinheit U-5002 an. Durch die 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 dieser Trockeneinheit an steigende Anforderungen.
Thermische Beschleunigung
Um die Trocknungszeiten weiter zu verkürzen, kann der Entfeuchtungsprozess thermisch unterstützt werden. Um Oxidationsprobleme zu vermeiden, ist es zwingend erforderlich, dass dieser Prozess ebenfalls in einem „Feuchtevakuum“ stattfindet. Unter diesen Bedingungen fehlt Elektrolyt (Luftfeuchtigkeit) und somit kann auch keine Oxidation stattfinden.
Mit der XSD-Serie (Bild 2) kommt Totech den Anforderungen 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 ermöglicht durch den doppelwandigen Aufbau in Kombination mit einer guten Isolierung nicht nur einen effizienten Energieeinsatz, sondern auch die Temperaturverteilung erfolgt sehr homogen.
Diese Technik kann zum IPC-konformen Tempern von sensiblen 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.
Fazit
Mit der dynamischen Trockeneinheit in den Adsorptionstrockenlagerschränken von Totech werden sämtliche feuchtigkeitsempfindliche Bauteile schnell, sanft und prozesssicher getrocknet. Die Lagerung in trockener Atmosphäre bietet gleichzeitig einen optimalen Oxidationsschutz. Die wartungsfreien Trockeneinheiten sind effizient einsetzbar hinsichtlich Entfeuchtungsleistung und positiver Energiebilanz.
Literatur
(1) IPC/JEDEC-J-STD-020D, 5. Verfahrensablauf + Tabelle 5.1.
(2) IPC/JEDEC J-STD-033B.1, Oktober 2005, Tabelle 7.1 und Tabelle 4.1.
(3) Lehrbuch der Metallkorrosion, Prof. Karl Müller, 5. Auflage, Eugen G. Leuze Verlag.
Gerhard Kurpiela
(hb)
