So wirkt sich Luftfeuchtigkeit auf Elektronik aus

High-Tech-Unternehmen wissen, wie sensibel Elektronik-Komponenten auf das Klima reagieren. Aber warum ist das so? Welche chemischen und physikalischen Prozesse setzen den elektronischen Bauteilen dermaßen zu? Wir geben Ihnen in diesem Beitrag Antworten auf diese Fragen.

Die Lagerung von Elektronik – ein sensibles Unterfangen

Die Produzenten von elektronischen Baugruppen stehen vor einer riesigen Herausforderung. Einerseits sind sie dazu gezwungen, aus Kostengründen immer größere Mengen an Bauteilen einzukaufen, andererseits bedeutet das eine deutlich längere Lagerungszeit. Nicht selten befinden sich Komponenten 5 Jahre und mehr in den Hallen der Unternehmen. Stimmen die klimatischen Bedingungen nicht, können schon nach kurzer Zeit schwere Schäden auftreten.

Einen starken Einfluss übt dabei die Luftfeuchtigkeit aus.

Luftfeuchtigkeit und Elektronik: Freund und Feind zugleich

Das Raumklima – insbesondere die Luftfeuchtigkeit – ist in vielen industriellen Branchen ein Produktionsfaktor, der nicht zu unterschätzen ist. Ob Papier- oder Kunststoffindustrie, in Lackierereien oder Druckereien – wenn die Luftfeuchtigkeit von der Norm abweicht, kann es zu Schwierigkeiten in den technischen Prozessen bis hin zu Produktionsausfällen wegen Problemen mit der Elektronik kommen. Auch in der Elektronikbranche spielen die klimatischen Verhältnisse keine unwesentliche Rolle.

Besonders in der Lagerung von Leiterplatten und anderen elektronischen Bauteilen darf die Luft weder zu feucht noch zu trocken sein. Eine zu hohe Luftfeuchtigkeit birgt in diesem Zusammenhang zwei Risiken: Die Oxidation und die Diffusion.

Oxidation und Korrosion: Angriff auf Metall

Der Oxidationsprozess ist eine chemische Reaktion, die durch zwei Faktoren ausgelöst wird: Sauerstoff und eine wässrige Lösung. Der Luftsauerstoff wirkt als Oxidationsmittel, die Luftfeuchtigkeit gibt den Elektrolyten. Vereinfacht dargestellt: Oxidation passiert dann, wenn ein Atom, Molekül oder Ion (der Oxidationsstoff) ein Elektron an ein anderes Element (das Oxidationsmittel) abgibt. Diese Reaktion verursacht immer eine Veränderung der Beschaffenheit des aufnehmenden Materials.

Oxidiert zum Beispiel Eisen, spricht man von Rost.

Die kritische Grenze, ab der Metall oxidiert, liegt je nach Element zwischen 50 % und 70 % relative Luftfeuchtigkeit. Übersteigt der Wert diesen Level, besteht die Gefahr der Korrosion. Der Werkstoff zersetzt sich, die Funktion wird beeinträchtigt. Leiterplatten können nicht mehr gelötet werden und sind für eine Nutzung unbrauchbar. In der Lagerung von Elektronikbauteilen ist deshalb auf ein ausgewogenes Klima zu achten.

Diffusion: Ein physikalischer Prozess

Wenn sich zwei Stoffe durch zufällige Eigenbewegungen vermischen, spricht man von Diffusion. Jeder kennt das Experiment mit dem Glas Wasser, in der ein Tropfen Tinte gelangt. Auch ohne Umrühren kann man beobachten, wie sich das Wasser gleichmäßig blau färbt – und zwar ausschließlich durch die Eigenbewegung der Molekularteilchen. Ähnliches geschieht bei elektronischen Bauteilen. Befindet sich in der Atmosphäre Wasserdampf, diffundiert er in hygroskopischen Stoffen. Bei einer hohen Luftfeuchte nehmen Leiterplatten und andere Bauteile die Feuchtigkeit auf. Die Funktionsfähigkeit der Komponenten wird beeinträchtigt.

Zu trockene Luft: Gefahr durch elektrostatische Entladung

Nicht nur eine zu hohe, auch eine zu niedrige Luftfeuchtigkeit kann zu Problemen in der Elektronikfertigung führen. Bei zu trockenem Klima neigen elektrische Geräte und elektronische Bauteile zu elektrostatischen Entladungen. Dieses Phänomen, kurz ESD genannt, entsteht durch große Potentialdifferenzen. Es kommt zu Spannungsdurchschlägen. Das sind kurze, starke Stromflüsse, die wiederum zu Schäden bei elektronischen Geräten führen.

Ein weiteres Problem ist die erhöhte Anziehungskraft gegenüber Staub.

Aus diesen Gründen ist ein konstantes Klima bei der Lagerung von Elektronik und elektronischen Bauteilen extrem wichtig. Bei einer relativen Luftfeuchte zwischen 40 % und 50 % ist die Leitfähigkeit der Luft sowie jene der Materialoberflächen so erhöht, dass sich elektrische Ladungen problemlos ableiten. Der Einsatz moderner Klimatechnik ist in der Elektronikindustrie deshalb unverzichtbar.

Luftbefeuchter und Luftentfeuchter schützen Elektronik und elektrische Geräte vor Schäden

Es ist die harmonierende Kombination aus Luftbefeuchtern und Luftentfeuchtern, welche für ein konstantes Klima in Produktions- und Lagerhallen sorgt. Für die Befeuchtung der Atmosphäre werden in der Regel Verdunstungsgeräte eingesetzt. Dabei wird die Raumluft angesaugt und über eine nasse Verdunstungsmatte geführt. Auf diese Weise angefeuchtet, wird sie wieder in den Raum abgegeben. Die Dimensionierung der Luftbefeuchter richtet sich nach der Größe der Halle. Bei Bedarf gilt es natürlich, mehrere dieser Geräte aufzustellen.

Damit einer zu hohen Luftfeuchte vorgebeugt wird, empfiehlt sich die Verwendung von Luftentfeuchtern. Dabei handelt es sich meistens um Kondensationstrockner. Die angesaugte Luft wird über einen Verdampfer auf unter den Taupunkt abgekühlt. Die enthaltene Feuchtigkeit kondensiert, das Wasser tropft in einen Sammelbehälter ab. Das Gerät bläst die getrocknete Luft wieder an die Umgebung aus.

Luftfeuchtigkeit und Elektronik: Vollautomatische Systeme garantieren ein konstantes Klima

Unterstützt von modernen Messgeräten, beispielsweise Hygrostaten, regeln sich die innovativen Systeme vollkommen automatisch. Nachdem die gewünschten Sollwerte eingestellt wurden, richten Luftbefeuchter und Luftentfeuchter ihre Leistung je nach tatsächlichem Bedarf. Dabei ist es sogar möglich, mehrere Apparate in das Netzwerk einzubinden. In großen Produktions- und Lagerhallen kann es nämlich der Fall sein, dass je nach Lokalität unterschiedliche klimatische Bedingungen vorherrschen. Klarerweise binden diese ganzheitlichen Klimalösungen hohe finanzielle Ressourcen.

Wenn man aber an das Risiko für die Schäden an wertvollen elektronischen Bauteilen und Leiterplatten denkt, erscheint die Investition in modernste Klimatechnik als alternativlos.