Trocknen, tempern oder trocken lagern – was braucht es in der Elektronikfertigung?

„Wir möchten unsere Leiterplatten vor der Verarbeitung trocknen. Können Sie uns dafür einen Ofen anbieten?“

Diese oder ähnliche Anfragen erreichen uns in letzter Zeit wieder häufiger. Und ja, natürlich können wir dafür Equipment anbieten.

Bevor wir über ein konkretes Gerät sprechen, lohnt sich aber eine andere Frage: Was soll eigentlich getrocknet werden – und warum? Denn trocken lagern, trocknen und tempern werden im Alltag gerne in einen Topf geworfen. Dahinter stecken aber unterschiedliche Aufgaben und damit auch unterschiedliche Anforderungen an das Equipment.

Warum Feuchtigkeit in der Elektronikfertigung überhaupt ein Thema ist

Viele Materialien, die in der Elektronikfertigung verarbeitet werden, können Feuchtigkeit aus ihrer Umgebung aufnehmen. Das betrifft sowohl bestimmte elektronische Bauteile als auch Leiterplatten bzw. deren Basismaterialien. Problematisch kann diese aufgenommene Feuchtigkeit spätestens dann werden, wenn das Material im Lötprozess innerhalb kurzer Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Die Feuchtigkeit wird erwärmt, der entstehende Wasserdampf erzeugt Druck innerhalb des Materials. Bei Leiterplatten können daraus beispielsweise Delaminationen oder Belastungen an Durchkontaktierungen und anderen Strukturen entstehen. Gerade die höheren Prozesstemperaturen bleifreier Lötverfahren machen den kontrollierten Umgang mit Feuchtigkeit relevant. Bei feuchtigkeitsempfindlichen SMD-Bauteilen begegnet uns in diesem Zusammenhang häufig die Abkürzung MSL – Moisture Sensitivity Level. Sie beschreibt unter anderem, wie lange ein entsprechend klassifiziertes Bauteil nach dem Öffnen seiner feuchtigkeitsgeschützten Verpackung unter definierten Umgebungsbedingungen verarbeitet werden kann, bevor Maßnahmen erforderlich werden können.

Trocken lagern: Feuchtigkeit möglichst gar nicht erst aufnehmen

Die einfachste Lösung ist natürlich, dafür zu sorgen, dass trockene Bauteile möglichst trocken bleiben. Dafür kommen beispielsweise Feuchtigkeitsschutzverpackungen mit Trockenmittel oder Trockenschränke zum Einsatz. Für feuchtigkeitsempfindliche SMDs beschreibt die IPC unterschiedliche Bedingungen für die Lagerung in Trockenschränken in Abhängigkeit von der Anwendung und der relativen Luftfeuchtigkeit. Wichtig ist dabei die Unterscheidung: Trocken lagern bedeutet nicht automatisch trocknen. Ein Trockenschrank dient zunächst dazu, die Feuchtigkeitsaufnahme kontrolliert zu begrenzen. Unter bestimmten Bedingungen kann eine Lagerung bei sehr niedriger Luftfeuchtigkeit auch bereits aufgenommene Feuchtigkeit wieder reduzieren – allerdings deutlich anders als ein thermischer Trocknungsprozess.Deshalb sollte man nicht erst über die Lösung nachdenken, wenn das Material bereits zu viel Feuchtigkeit aufgenommen hat. Ein gutes Feuchtemanagement beginnt schon bei Wareneingang und Lagerung.

Trocknen: Wenn die Feuchtigkeit bereits im Material steckt

Hat ein Bauteil oder eine Leiterplatte bereits zu viel Feuchtigkeit aufgenommen, kann ein definierter Trocknungsprozess notwendig werden. Dabei wird das Material über einen bestimmten Zeitraum unter kontrollierten Bedingungen behandelt, um die aufgenommene Feuchtigkeit wieder zu reduzieren.Und genau an dieser Stelle wird es schwierig, pauschale Aussagen wie „zwei Stunden bei 120 °C“ zu treffen. Bei elektronischen Bauteilen hängen geeignete Trocknungsbedingungen unter anderem von der Bauform, dem MSL, der bisherigen Exposition und der Temperaturbeständigkeit des Bauteils und seiner Verpackung ab. Nicht jedes Tape, jeder Tray oder jede andere Verpackung darf beispielsweise hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Auch bei Leiterplatten gibt es keine universelle Trocknungsvorschrift für jede Baugruppe. Materialsystem, Aufbau, Dicke, Oberflächenfinish, bisherige Lagerbedingungen und der anschließende Fertigungsprozess spielen eine Rolle. IPC weist ausdrücklich darauf hin, dass unnötiges oder ungeeignetes thermisches Trocknen selbst negative Auswirkungen auf Leiterplattenmaterialien und deren Lötbarkeit haben kann. Viel hilft viel ist beim Trocknen also keine besonders gute Strategie.

Und was bedeutet Tempern?

Auch der Begriff „Tempern“ taucht in Anfragen immer wieder auf und wird teilweise synonym zum Trocknen verwendet. Technisch sollte man allerdings unterscheiden. Beim Trocknen steht die Reduzierung der im Material enthaltenen Feuchtigkeit im Vordergrund. Beim Tempern wird ein Material gezielt über einen definierten Zeitraum einer bestimmten Temperatur ausgesetzt, um gewünschte Materialeigenschaften oder einen definierten Zustand zu erreichen. Je nach Anwendung können sich die Effekte natürlich überschneiden – ein thermischer Prozess kann beispielsweise gleichzeitig Feuchtigkeit reduzieren.Deshalb lohnt sich auch hier der Blick auf die konkrete Anforderung und insbesondere auf die Vorgaben des Leiterplatten-, Material- oder Bauteilherstellers.

Trockenofen oder Trockenschrank?

Damit sind wir wieder bei der Frage, mit der viele unserer Kundengespräche beginnen.

Brauche ich einen Trockenschrank oder einen Ofen?

Ein Trockenschrank ist insbesondere dann interessant, wenn Materialien kontrolliert bei niedriger Luftfeuchtigkeit gelagert und vor erneuter Feuchtigkeitsaufnahme geschützt werden sollen. Ein Trockenofen kommt ins Spiel, wenn Feuchtigkeit über einen definierten thermischen Prozess aus dem Material entfernt werden soll. Und manchmal braucht eine Fertigung tatsächlich beides. Welche Lösung sinnvoll ist, hängt deshalb weniger davon ab, welches Gerät gerade verfügbar ist, sondern davon, was Sie damit machen möchten:

Welche Bauteile oder Leiterplatten werden verarbeitet?
Wie wurden sie bisher gelagert?
Welche Anforderungen gibt der Hersteller vor?
Wie häufig muss getrocknet werden?
Welche Mengen sollen gleichzeitig verarbeitet werden?
Und soll das Equipment ausschließlich zum Trocknen eingesetzt werden oder auch andere Aufgaben übernehmen?

Erst wenn diese Fragen beantwortet sind, lässt sich sinnvoll über die passende Lösung sprechen.

Unser Tipp: Feuchtigkeit als Prozess betrachten

Wie so oft in der Elektronikfertigung lohnt es sich, nicht nur einen einzelnen Arbeitsschritt anzuschauen. Wareneingang, Lagerung, Handling, Verarbeitungszeit und Lötprozess gehören zusammen. Wer trockene Materialien kontrolliert lagert und ihre Expositionszeiten im Blick behält, kann unnötige Trocknungsprozesse vermeiden. Wenn ein Trocknungsprozess erforderlich ist, sollte dieser wiederum zu Material und Anwendung passen.

Und wenn Sie gerade vor der Frage stehen, ob Sie dafür einen Trockenschrank, einen Trockenofen oder eine andere Lösung benötigen:

Sprechen Sie uns gerne an.

Wir schauen uns lieber zuerst Ihre Anwendung an, bevor wir Ihnen ein Gerät empfehlen.