Lagerung von Elektronik-Bauteilen in Stickstoff-Umgebung
Bei der Fertigung, Handhabung und Lagerung von elektronischen Bauteilen und Komponenten können eine Reihe von unerwünschten Prozessen auftreten. Halbleiter und deren Komponenten sind empfindlich gegen äußere Einflüsse. In der Folge reduzieren sich Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Produkte. Zur Vermeidung von Ausfällen bei der Produktion wird häufig eine Stickstoff-Konservierung eingesetzt.
Lagerung von Elektronikkomponenten und Halbleitern
Halbleiter und deren Komponenten werden durch Verunreinigungen, Feuchtigkeit oder Sauerstoff in ihrer Funktion beeinträchtigt. In der Folge verringern sich die Leistung und die Lebensdauer von Halbleitern, Kondensatoren, Dioden und Widerständen. Einige Effekte führen zu einem Ausfall der Produktion. Häufige Probleme sind:
- Kontamination: Verunreinigungen von Komponenten oder Ausgasungen, etwa aus Verpackungen, führen dazu, dass die notwendige Reinheit nicht eingehalten wird. So leiden die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer.
- Korrosion: Korrosion erfolgt bei Leiterplatten und elektronischen Komponenten meist durch Oxidation der Metalle mit Sauerstoff. Die Folgen der Korrosion sind Verlust der Schirmung, verminderte Leitfähigkeit von Kontakten und Schäden am Gehäuse.
- Diffusion: Findet eine Vermischung des reinen Halbleitermaterials mit Fremdatomen aus der Dotierung statt, entsteht ein Diffusionsstrom.
- Feuchtigkeit: Kunststoffe, wie das Gehäuse, nehmen Feuchtigkeit aus der Luft auf. Quillt der Bereich, dehnt sich das Material auf. Durch die Volumenänderung, beispielsweise bei Erwärmung, können Risse im Kunststoff und Delaminationen an den Grenzflächen entstehen. Ein Beispiel hierfür ist der Popcorn-Effekt beim Reflow-Löten von falsch gelagerten Bauteilen.
- Weitere Effekte: Eine Reihe weiterer Effekte kann sich auf die Qualität der Halbleiter auswirken. Hierzu gehören die Schädigung des Kunststoffgehäuses durch UV-Licht, die Bildung von Whiskern oder die Zinnpest.
Vorteile einer Stickstoffatmosphäre bei der Lagerung
Bei Stickstoff handelt es sich um ein inertes Gas, das ungefähr 78 % der Erdatmosphäre ausmacht. Das Gas reagiert unter normalen Bedingungen nicht mit anderen Elementen oder Verbindungen. Zusätzlich ist Stickstoff hygroskopisch, nimmt also Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Aufgrund dieser Eigenschaften ist eine Stickstoff-Lagerung ideal für empfindliche Bauteile. In der Elektronikfertigung kann eine Stickstoffinertisierung den Luftsauerstoff verdrängen und dadurch die Oxidation von Bauteilen verringern. Gleichzeitig eignet sich eine Stickstoffbegasung zur Trocknung von Bauteilen. Die Stickstoffgas-Lagerung bietet eine kostengünstige Lösung. Gleichzeitig ist Stickstoff als Bestandteil der Luft ein natürliches Gas, dessen Ausstoß keine schädigenden Wirkungen auf die Umwelt hat.
Anwendung einer Stickstoff-Lagerung
Bei der Fertigung von elektronischen Baugruppen bestehen vielfältige Anwendungen für eine Stickstoffumgebung:
- Stickstoffkonservierung: Bei der Herstellung und Vorbearbeitung von Wafern kann es zu Wasserzeichen und Rückständen kommen. Deshalb werden die Bauteile zunächst gewaschen und anschließend unter Stickstoff-Atmosphäre getrocknet. Durch diese Stickstoff-Begasung werden Oxidationen und der Popcorn-Effekt vermieden.
- Stickstoffinertisierung: Bevor neue Anlagen im Reinraum in Betrieb gehen, kann zur Trocknung eine Stickstoffbegasung eingesetzt werden.
- Stickstoffkühlung: Bei der Bestückung oder beim Dotieren von Wafern muss auf eine konstante Temperatur geachtet werden. Die Stickstoffkühlung des Chucks bei diesen Produktionsschritten ermöglicht eine gleichmäßige Temperatur und vermeidet Fehlstellen an den Wafern.
- Stickstoffversiegelung: Die Stickstoffabdichtung ist ein Verfahren, bei dem elektronische Halbleiter in eine Atmosphäre aus Stickstoff eingeschlossen werden. Weil Stickstoff als inertes Material die Halbleiter vor Oxidation schützt, bewirkt dieses Verfahren eine Stickstoff-Konservierung.
Die Umsetzung der Stickstoff-Konservierung muss sich nach der IPC/JEDEC J-STD-033 richten. Hierbei handelt es sich um einen Industriestandard für die Handhabung, Verpackung, den Versand und die Verwendung von feuchtigkeits-, reflow- und prozessempfindlichen Bauteilen. Zusätzlich bietet die JEDEC JEP160 Best Practices und Empfehlungen für die Langzeitlagerung von Halbleiterprodukten.
Stickstoffgas-Lagerung von elektronischen Komponenten
Die folgende Tabelle zeigt die Formen von Stickstoff, die wir für die Stickstoffgas-Lagerung in der Bauteilfertigung bereitstellen.
| Technisches Gas | Summenformel | Eigenschaften | Anwendungsbeispiele |
| Stickstoff, gasförmig |
N2 | Inert | Stickstoffinertisierung |
| Stickstoff, flüssig |
N2 | Inert, tiefkalt | Stickstoff-Kühlung |
Versorgung mit Stickstoff für die Halbleiterindustrie
Für die Stickstoff-Lagerung in der Halbleiterindustrie werden technische Gase mit hohen Reinheiten benötigt. Diese stellt Ihnen Air Liquide in der benötigten Menge zuverlässig zur Verfügung. Unser Konzept für die Lagerung unter Stickstoff bietet Ihnen eine normkonforme Behandlung Ihrer Elektronik-Baugruppen gemäß JEDEC JEP160 und vermeidet Feuchtigkeit gemäß IPC/JEDEC J-STD-033.
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Sicherheitsvorkehrungen für den Umgang mit Stickstoff
Da Stickstoff den Sauerstoff aus der Luft verdrängt, kann das in hohen Konzentrationen zu Erstickungsgefahr führen. Stickstoff ist schwerer als Luft und kann sich in tiefen Bereichen von geschlossenen Räumen ansammeln. Deshalb sollten Sie bei der Lagerung und Handhabung von Stickstoff in geschlossenen Räumen auf folgende Sicherheitsvorkehrungen achten:
- Verwenden Sie eine Atemschutzmaske, wenn Sie in einem geschlossenen Raum mit Stickstoff arbeiten.
- Vermeiden Sie, dass sich Stickstoff in tiefen Bereichen des Raums ansammeln kann.
- Lagern Sie Stickstoffflaschen aufrecht und gesichert.
- Stickstoffflaschen sollten nur von geschultem Personal gehandhabt werden.
- Stickstoffflaschen sollten nicht in der Nähe von offenen Flammen oder anderen Zündquellen gelagert werden.
- Stickstoffflaschen sollten vor Sonneneinstrahlung geschützt werden.
Wenn trotz Sicherheitsmaßnahmen Symptome wie Kopfschmerzen, Schwindel oder Atemprobleme auftreten, sollten umgehend Erste-Hilfe-Maßnahmen eingeleitet werden.