Exspirácia elektronických komponentov - čo v praxi tento údaj znamená?

Exspirácia elektronických komponentov - čo v praxi tento údaj znamená?
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  320 zobrazení
2
 0
Rádioamatérov almanach

Dosť často som sa stretával v rôznych diskusiách s rôznymi názormi na tému exspirácie elektronických komponentov, preto by som rád uviedol na správnu mieru všetky dohady okolo tejto témy. Skladovateľnosť elektronických komponentov bola vždy komplikovaná, čo platí pre priemyselné, ale najmä aj pre domáce prostredie. V časoch, keď sa používali rôzne materiály, bola "spájkovateľnosť" veľmi veľkým problémom a trvanlivosť bola častejšie uvádzaná v technických listoch. V dnešnej modernej dobe však už tieto informácie v technických listoch takmer neuvidíte (závisí to od výrobcu, ale u väčšiny výrobcov je to oveľa menej bežné).

Prečo to bývalo častejšie?

Pred 80. rokmi 20. storočia sa nepoužívali v prvých komponentoch žiadne moderné materiály, ktoré poznáme zo súčasnosti, čo spôsobovalo pomerne značné problémy s ich spájkovateľnosťou. Postupom času a rôznymi technickými inováciami boli objavené rôzne nové materiály, ktoré znižovali riziko vzniku korózie alebo "metličkovanie" spôsobené tým, že komponenty mali kontakty ošetrené  iba povlakom cínu bez ďalšej dodatočnej ochrany - klikni (tu je dobrá vládna dokumentácia NASA o tom, čo bývalo bežné pri starších elektronických komponentoch). Metličkovanie, alebo Whiskering, môže spôsobiť rôzne problémy aj vo vnútornej štruktúre samotných komponentov, napríklad vznik skratov, alebo môže spôsobiť problémy pri ich spájkovaní.

Čo sa urobilo pre predĺženie trvanlivosti?

Cín je síce bežným materiálom používaným v elektronike, ale chemickí a/alebo materiáloví inžinieri postupom času našli iné zliatiny a materiály, ktoré tento problém znižujú. Niektoré komponenty môžu mať neobmedzenú dobu trvanlivosti, pretože s najväčšou pravdepodobnosťou prekročia priemernú dĺžku ľudského života, zvyčajne sa tieto komponenty vymenia až v čase, keď sa zdá, že sú "opotrebované" alebo ich súčasné správanie sa už nespĺňa špecifikácie pri používaní.

Existuje všeobecný konsenzus o priemernej trvanlivosti?

V skutočnosti existuje všeobecné "pravidlo" pre väčšinu komponentov. Dlhý čas to bola priemerná doba dva roky od jeho zakúpenia. Keďže však došlo k význmným pokrokom a inováciám, mnohé komponenty sa v porovnaní s dvojročnou hranicou správajú rovnako dobre aj po štyroch rokoch. Napríklad spoločnosť Texas Instruments dokončila pomerne obsiahlu štúdiu na túto tému a dospela k zaujímavým záverom, že štandardné skladovanie komponentu s bariérou proti vlhkosti by dokázalo ochrániť komponenty až tridsaťdva mesiacov. "Dlhodobé" skladovanie by mohlo znamenať posunutie tejto hranice na úroveň až päť rokov, avšak pri porovnaní s komponentom, ktorý bol nedávno vyrobený, nezistili žiadny vplyv na výkonnosť MSL (1) alebo spájkovateľnosť komponentu skladovaného dva až sedemnásť rokov. Tu je odkaz na štúdiu - klikni.

Je dátumový kód viazaný na exspiráciu komponentu?

Vo všeobecnosti je dátumový kód informácia o tom, kedy bol komponent vyrobený. Zákazníci majú preto často tendenciu veriť tomu, že novší komponent má väčší potenciál na zlepšenie. Taktiež sa domnievajú, že nový komponent je menej náchylný na problémy, ktoré sa vyskytujú pri preprave a manipulácii s ním. Posledný názor, ktorý sa zdá byť rovnako bežný, je, že starší komponent má väčší potenciál zaznamenať viac prevodov vlastníctva a potenciálne stratiť neprerušenú vysledovateľnosť pôvodného výrobcu. V tomto prípade ide menej o dobu trvanlivosti a viac o to, či sa komponent stane zastaraným. V skratke - čím je cesta od výrobcu k predajcovi a následne ku koncovénu zákazníkovi kratšia, tým lepšie.

Ktoré komponenty sú najviac ovplyvnené?

Diskrétne komponenty, ako sú tranzistory, LED diódy, rezistory, kondenzátory a iné podobné komponenty, sú náchylné na starnutie prostredníctvom korózie a efektu "metličkovania", ale nie v takej miere ako je tomu napríklad u integrovaných obvodov. Diskrétne komponenty majú pomerne veľmi dlhú výrobcom udávanú životnosť. Integrované obvody sú avšak oveľa náchylnejšie na metličkovanie a koróziu. Existujú však niektoré špecifické komponenty, pri ktorých sa musí uvádzať ich trvanlivosť: tepelné podložky na chladiče, určité lepidlá, batérie, určité chemikálie. Jednoducho všetko, čo má chemickú povahu vo svete elektroniky, časom stráca na kvalite (zvyčajne rýchlejšie ako typický komponent). Tu je niekoľko príkladov :

  • Starnutie keramických kondenzátorov : Niektoré čipové kondenzátory, najmä tie s kapacitou 1 µF alebo vyššou, podliehajú starnutiu oveľa rýchlejšie. Tento efekt môže spôsobiť, že hodnota kapacity pri prevzatí alebo po uskladnení postupom času nie je v tolerancii, ale sú stále dokonale životaschopné. V takomto prípade je potreba postupovať subjektívne a zmerať vybranú konrolnú vzorku na parameter ESR a vizuálne zhodnotiť aj stav komponentu a najmä jeho vývodov.

  • Trvanlivosť rezistorov : Niektorí výrobcovia rezistorov uvádzajú vo svojich technických listoch aj dobu ich skladovania. Samozrejme tá je priamo úmerná na podmienky skladovania a špecifické parametre, ako sú prítomnosť svetla, slnečného žiarenia, teplota či vzdušná vlhkosť. Vo všeobecnosti sa však odporúča vykonať test spájkovateľnosti vybranej vzorky na komponente, ktorý bol skladovaný aspoň dva roky.

Čo mám robiť, ak sú komponenty skorodované alebo majú fúzy?

Odporúčam skúsiť použiť na tieto komponenty nejaký čistiaci prostriedok, ktorý je vhodný, alebo priamo určený na elektroniku. Tu je jedno dobré video na YouTube (video je v anglickom jazyku), ktoré to ukazuje:

Väčšinu komponentov, ako sú integrované obvody a diskrétne komponenty, možno pred spájkovaním umyť (väčšinu spínačov a iných mechanických komponentov však nie, ak nemajú príslušné krytie IP).

Ako tomu zabrániť?

V technických listoch sú zvyčajne uvedené odporúčané enviromentálne podmienky skladovania. Vždy je dobré mať komponenty uložených v prostredí s nízkou vlhkosťou bez ohľadu na MSL, pretože prítomnosť väčšieho množstva vody vo vzduchu umožňuje rýchlejší výskyt korózie. Metličky cínu sú viazané na výrobný proces a materiál, ale dajú sa vyčistiť (podrobnejšie informácie o metličkách cínu nájdete v tomto článku NASA) : "Basic Information Regarding Tin Whiskers" - klikni

Ak skladujete dosky plošných spojov - či už čisté, alebo vyleptané, odporúča sa ich vákuové uzavretie vo vhodnom obale. Pre zníženie vlhkosti môžete použiť aj vysúšadlo, ktoré sa používa pre skladovanie komponentov a PCB. Najlepším scenárom však je vždy použiť komponent pred týmto odporúčaním na dva až štyri roky. Poslednou možnosťou je skontrolovať váš komponent ešte  pred spájkovaním, či nedochádza k degradácii na jeho vývodoch a prípadnú koróziu ošetriť, alebo takýto komponent vyradiť.

Skladovanie spájky

Toto je kapitola samá o sebe, preto si zaslúži byť spomenutá a to najmä kvôli tomu, ža na exspiráciu spáky dostávam veľmi veľa otázok v rôznych diskusiách. Spájka, alebo spájkovací drôt (názvov aj tých hovorových je viacero) má tak isto v niektorých prípadoch uvedený svoj dátum exspirácie. Nájdete ho na etikete balenia alebo na etikete samotnej cievky zo spájkou s parametrami o jej metalurgickom zložení, typ a pomer použitého tavidla, teplote tavenia, priemer spájky. Uvedené údaje môžu byť rôzne, čo záleží od daného výrobcu. Častokrát je doba od výroby po exspiráciu uvedená v časovom rozmedzí 2 až 3 roky. Čo však tento údaj znamená v praxi? Je možné použiť, respektíve používať spájku aj po dobe označenej ako jej exspirácia? Dobrá otázka, na ktorú je pomerne jednoduchá odpoveď. Áno, je to možné za splnenia určitých predpokladov. Mimochodom, údaj o exspirácii spájky je iba umelo vytváraným a nie pekným nátlakom zo strany výrobcu na spotrebiteľa, aby nakupoval častejšie (v závislosti od svojej spotreby) jeho produkty. Jednoducho, je to tak.

  • Zloženie spájky - tu platí, že čím viac "exotických" prímesí spájka obsahuje, tým viac alebo rýchlejšie u nej dochádza k povrchovej oxidácii, nakoľko rôzne kovy rôzne reagujú v spojení s atmosférickým kyslíkom, ktorý tu vystupuje ako oxidant. Treba mať však na pamäti, že sa jedná iba o povrchovú oxidáciu v zanedbateľnej hrúbke, čo nie je v konečnom dôsledku pre spájkovanie škodlivé.

  • Tavidlo - každá spájka, či drôt, obsahuje jeden, alebo viac kanálov obsahujúcich tavidlo, ktorého úlohou je zlepšenie vzlínania spájky pri spájkovaní komponentu. Aj tu platí pravidlo, že čím je "kokteil" respektíve zloženie tavidla exotickejšie, tým je viac spájka náchylnejšia k degradácii tentokrát z vnútra. Najzákladnejšie tavidlo, akým je napríklad kolofónia má pri vysokej teplote vysoké pH, pri nízkej teplote (napríklad do 20 ºC) je táto hodnota na únosnej, teda nie nebezpečnej hranici.

  • Enviromentálne podmienky - najdôležitejšími parametrami sú teplota prostredia, vlhkosť vzduchu a prítomnosť priamého slnečného žiarenia. Táto trojica má vplyv na povrchovú, ale aj vnútornú degradáciu spájky. Pokiaľ budete skladovať spájku v tme, pri teplote okolo 20 ºC a optimálnej vlhkosti, najlepšie v uzavretej kartónovej krabici a priloženým vysúšačom, sa nie je čoho obávať ani po uplynutí doby uvedej ako exspirácia. Osobne takto skladujem všetky svoje spájky, niektoré aj viac ako 8 rokov a žiadne významnejšie zhoršenie ich parametrov som nikdy nezaznamenal.

Moje doporučenie na záver - vyhýbajte sa neznámym, lacným druhom spájky najmä na čínskych stránkach. Sú často vyrábané z recyklátu pochybnej kvality, čo spoznáte pri ich tavení, kedy takáto spájka "hrudkovatie". Spoj vykonaný takouto spájkou je mechanicky krehký a hrozí jeho rozlomenie, alebo celkový rozpad na jednotlivé fragmenty. Jej dlhodobé pôsobenie má za následok vznik studených spojov a koróziu vývodov komponentov. Vedzte, že lákavá cena, častokrát znamená kopu zbytočných problémov.

Takže čo ste sa v článku dozvedeli? Dodržiavate dátum exspirácie, alebo nie? Svoj názor môžte vyjadriť aj v ankete. Pokiaľ ste dostali odpovede na svoje otázky ohľadom zastarávania, či expirácie elektronických komponentov, ale aj spájky - som rád. Ak máte prípadne ďalšie otázky, kľudne sa pýtajte v komentároch pod článkom, rád vám odpoviem.

Vysvetlivky :

(1) Úroveň citlivosti na vlhkosť (MSL) alebo Moisture sensitivity level súvisí s balením a opatreniami pri manipulácii s niektorými polovodičmi. MSL je elektronická norma pre časové obdobie, počas ktorého môže byť zariadenie citlivé na vlhkosť vystavené podmienkam okolitej miestnosti (30 °C/85 %RH na úrovni 1; 30 °C/60 %RH na všetkých ostatných úrovniach). Úrovne citlivosti na vlhkosť sú špecifikované v technickej norme IPC/JEDEC Moisture/reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Surface-Mount Devices - klikni.

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 250.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button