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Composants sensibles à l’humidité

Les composants sensibles à l’humidité ne sont pas un sujet très passionnant. Malgré tout, ce sujet est très important et donne souvent lieu à des erreurs de compréhension. L’utilisation grandissante de composants sensibles à l’humidité, comme par exemple des pas fins ou des boîtiers à billes (BGA) a permis une meilleure sensibilisation à ce problème. Lorsque les composants sont exposés à de hautes températures lors du soudage par refusion, l’humidité enfermée dans la surface plastique du composant SMT libère suffisamment de vapeur pour endommager, voire détruire le composant en question. Il se peut notamment que le plastique se sépare du moule ou de la gaine extérieure. Les fixations de fils, et des moulages peuvent être endommagés. Des fissures internes invisibles en surface peuvent également survenir. Dans certains cas, les fissures peuvent atteindre la surface et au pire des cas, les composants se séparent (appelé l’effet d’éclatement)

L’Association Connecting Electronic Industries IPC a élaboré et publié la norme IPC-M-109, le Guide des Principes et des Normes des Composants Sensibles à l’Humidité. Ce guide est composé des sept documents suivants :
- IPC/JEDC J-STD-020, Classification de la Sensibilité à la Fusion/Humidité pour les Circuits Intégrés Plastique (IC) SMDs
- IPC/JEDC J-STD-033, Norme concernant la Manutention, l’Emballage, le Transport et l’Utilisation des SMDs Sensibles à la Refusion Humide.
- IPC/JEDC J-STD-035, Microscopie Acoustique pour les Composants Electroniques Encapsulés Non-Hermétiques.
- IPC-9501, Simulation d’un Processus d’Assemblage PWB pour l’Evaluation des Composants Electroniques (Pré conditionnement des Composants IC)
- IPC-9502, Principes de Processus d’Assemblage PWB pour Composants Electroniques
- IPC-9503, Classification de Sensibilité à l’Humidité pour les Composants Non-IC
- IPC-9504, Simulation d’un Processus d’Assemblage pour l’Evaluation des Composants Electroniques Non-IC (Pré-conditionnement des Composants Non-IC)

Le document original concernant les composants sensibles à l’humidité, IPC-SM-786, Procédures pour la Manipulation et la Représentation des ICs Sensibles à la Fusion/Humidité, n’est plus valable. La norme IPC/JEDC J-STD-020 définit la procédure de classification des composants sensibles à l’humidité, c'est-à-dire la conservation non-hermétique de matériaux sensibles à l’humidité, comme par exemple le plastique. La procédure tient compte des effets des températures de soudage par refusion. Elle est suivie d’une inspection visuelle approfondie, d’un test sonore, de tests en coupes transversales et de tests électriques.

Les résultats du test se basent sur la température de conservation du composant, étant donné que les gaines plastiques constituent le problème le plus important. La température normale de soudure est 220°C+5°C/-0°C. Toutefois, au cours d’expériences de brasage, il a été noté que la température de petits composants peut atteindre 235°C lorsqu’un profil des températures pour des composants de grande capacité est programmé sur la carte du circuit imprimé Au cours de l’évaluation, si une augmentation de température est possible, comme ceci est le cas avec les cartes de circuits imprimés qui possèdent à la fois des composants de grandes et de faibles capacités, une température de refusion de 235°C est préférable. Il sera possible d’utiliser des convections dominantes, des rayonnements infrarouges (IR) ou des appareils de brasage en phase vapeur seulement si le profil de brasage désiré est atteint et respecte la norme J-STD-020.

Vous trouverez ci-après les huit classifications d’humidité et durées d’entreposage. En ce qui concerne les critères de saturation, veuillez vous référer au document J-STD-020.
-Classe 1 -- Période d’entreposage illimitée si la température atteint 30°C maximum et si le taux d’humidité relative est de 85% maximum.
-Classe 2 -- Une année d’entreposage si la température atteint 30°C maximum et si le taux d’humidité relative est de 60% maximum.
-Classe 2a -- Quatre semaines d’entreposage si la température atteint 30°C maximum et si le taux d’humidité relative est de 60% maximum.

-Classe 3 -- 168 heures d’entreposage si la température atteint 30°C maximum et si le taux d’humidité relative est de 60% maximum.
-Classe 4 -- 72 heures d’entreposage si la température atteint 30°C maximum et si le taux d’humidité relative est de 60% maximum.
-Classe 5 -- 48 heures d’entreposage si la température atteint 30°C maximum et si le taux d’humidité relative est de 60% maximum
-Classe 5a -- 24 semaines d’entreposage si la température atteint 30°C maximum et si le taux d’humidité relative est de 60% maximum
-Classe 6 – La période d’entreposage correspond à la durée inscrite sur l’étiquette pour une température de 30°C maximum et un taux d’humidité relative de 60% maximum.

(Pour la classe 6, les composants devront avoir été séchés avant toute utilisation puis brasés dans la limite de temps indiquée sur l’étiquette d’avertissement indiquant la sensibilité à l’humidité).
Une analyse de l’augmentation de poids (référence J-STD-020) établit une période d’entreposage estimative, et une analyse de perte de poids établit la durée de séchage nécessaire à l’élimination de l’humidité excessive présente dans un composant. Le document J-STD-033 détaille la température et la durée de séchage.
Le document IPC/JEDC J-STD-033 contient des recommandations concernant la manutention, l’emballage, le transport et le séchage des composants sensibles à l’humidité.Les plus importantes concernent la façon d’emballer et d’éviter l’absorption d’humidité.

Lorsqu’un composant à été trop longtemps exposé à l’humidité, un séchage en four ou au moyen de dessiccateurs doit être considéré comme la dernière solution envisageable.
Un emballage à sec signifie que les composants sont conditionnés dans des sacs résistants à l’humidité avec des dessiccateurs, une carte d’affichage du taux d’humidité et des étiquettes indiquant la sensibilité à l’humidité. Les étiquettes référencent la durée d’entreposage à températures et humidités précises, la température de stockage maximum (220 ou 235°C), le temps d’exposition une fois le sac ouvert, des détails spécifiant à quel moment il sera nécessaire d’effectuer un séchage en four, ainsi que la procédure de séchage et la date de conditionnement.
Classe 1. Le séchage avant conditionnement est facultatif, les dessiccateurs et l’emballage sont facultatifs et les étiquettes ne seront obligatoires que si les composants sont repertoriés pour une température de soudage par refusion de 235°C.
Classe 2. Le séchage avant conditionnement est facultatif, les dessiccateurs et l’emballage sont obligatoires et les étiquettes sont obligatoires.
Classe 2a à 5a. Le séchage avant conditionnement est obligatoire, les dessiccateurs et l’emballage sont obligatoires et les étiquettes sont obligatoires.
Classe 6. Le séchage avant conditionnement est facultatif, les dessiccateurs et l’emballage sont facultatifs et les étiquettes sont obligatoires.

Les composants peuvent être séchés de deux façons: au moyen de dessiccateurs ou dans un four. Le séchage à température ambiante, possible pour les composants qui n’ont pas été exposés plus de huit heures à des conditions de température atteignant 30°C et d’humidité atteignant 60% , nécessite un conditionnement à sec standard ou une boite de protection capable de maintenir une température de 25°C + 5°C avec une humidité relative inférieure à 10%.
Le séchage dans un four est un peu plus compliqué que ce que l’on peut imaginer. Il existe des recommandations de séchage spécifiques pour les composants séchés et ceux qui n’ont pas encore été séchés, en fonction de la classe et de l’épaisseur de l’emballage. Un séchage préalable est utilisé pour préparer les composants à un conditionnement sec, alors qu’un séchage pourra être utilisé par la suite, pour reconditionner les composants après entreposage. Vous trouverez les recommandations à suivre concernant la durée et la température de séchage dans le document J-STD-033. Les températures de séchage peuvent affecter l’aptitude au brasage des fils à cause de l’oxydation ou d’une expansion intermétallique excessive. Les composants ne doivent jamais être conservés dans un four à température de séchage. Sachez que les plateaux à haute température peuvent être séchés à 125°C, alors que les plateaux à basse température ne peuvent être séchés qu’à des températures inférieures à 40°C.

Vous trouverez ci-après les recommandations d’IPC concernant le séchage et le conditionnement:
Epaisseur de conditionnement maximum: 1.4 mm : pour les classes 2a à 5a, le temps de séchage est de 8 à 28 heures à 125°C ou de 4 à 14 heures à 150°C.
Epaisseur de conditionnement maximum: 2.0 mm : pour les classes 2a à 5a, le temps de séchage est de 23 à 48 heures à 125°C ou de 11 à 24 heures à 150°C.
Epaisseur de conditionnement maximum: 4.0 mm : pour les classes 2a à 5a, le temps de séchage est de 48 à 125°C ou de 24 heures à 150°C.
Epaisseur de conditionnement maximum: 1.4 mm : pour les classes 2a à 5a, le temps de séchage est de 4 à 14 heures à 125°C ou de 5 à 19 heures à 40°C.
Epaisseur de conditionnement maximum: 2.0 mm : pour les classes 2a à 5a, le temps de séchage est de 18 à 48 heures à 125°C ou de 21 à 68 heures à 40°C.
Epaisseur de conditionnement maximum: 4.0 mm : pour les classes 2a à 5a, le temps de séchage est de 48 à 125°C ou de 67 à 68 heures à 40°C.

Afin d’éviter les problèmes liés à la sensibilité à l’humidité, il faudra connaître les informations contenues dans le Guide des Principes et des Normes des Composants Sensibles à l’Humidité IPC-M-109.

ROBERT ROWLAND est consultant au sein de l’équipe rédactionnelle du SMT, formateur et co-auteur de Applied Surface Mount Assembly. Il est aujourd’hui gestionnaire de processus pour RadiSys Corp, à Hillsboro, en Oregon et Directeur de la Conférence Technique de SMTA International. En outre, c’est un membre actif de la SMTA, du Surface Mount Council et gagnant du SMTA Founders Word. Vous pouvez le contacter au (503) 615-1354, par courriel: rob.rowland@radisys.com.


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