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技術(shù)專題
電氣元件中的水分敏感性
電氣元件中的水分敏感性
隨著時(shí)間的流逝，用于構(gòu)造電氣組件的多種材料可以吸收空氣中的水分。最初引入回流焊接成為一個(gè)問(wèn)題，在該過(guò)程中，組件會(huì)在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)受突然的高溫。然后，使用無(wú)鉛焊料會(huì)加劇這種情況，從而導(dǎo)致回流過(guò)程中出現(xiàn)更高的峰值溫度。增加濕度敏感性的其他因素是更便宜，更薄的材料，例如塑料，與傳統(tǒng)上使用的更昂貴的密封材料相比，它們的性能更差。
水分會(huì)蒸發(fā)并損壞組件。這可以是微裂紋的形式，其會(huì)削弱組件的封裝，完全的裂紋導(dǎo)致組件的各個(gè)部分的分離，或者是芯片焊盤與其樹(shù)脂覆蓋層之間的表面剝離。無(wú)論損壞的類型如何，其結(jié)果都是需要更換組件。
挑戰(zhàn)之一是由水分蒸發(fā)引起的損壞可能不會(huì)立即顯現(xiàn)出來(lái)，只有在設(shè)備組裝和測(cè)試后才會(huì)出現(xiàn)。它可能很小，足以使設(shè)備似乎正常工作，只是在隨后投入服務(wù)時(shí)過(guò)早出現(xiàn)故障。通常，開(kāi)裂發(fā)生在封裝最薄的地方，對(duì)于表面安裝元件，開(kāi)裂通常在靠近PCB的底面上，因此看不見(jiàn)。類似地，除非在部件的可見(jiàn)部分的表面上，否則微裂紋也將在視覺(jué)上不可見(jiàn)。
主要問(wèn)題是由微控制器和其他復(fù)雜設(shè)備中的水分蒸發(fā)引起的損壞。來(lái)自模具的精密金屬線和表面安裝墊通常封裝在塑料中。該包裝的任何破裂都可能使電線斷裂，除非MCU用作電源引腳，否則只有在MCU運(yùn)行后才能檢測(cè)到該電線。
這個(gè)問(wèn)題有多普遍？
發(fā)生此問(wèn)題的可能性取決于所使用的包裝材料的類型以及組件暴露于濕氣的時(shí)間長(zhǎng)度。這主要取決于組件在存儲(chǔ)階段要存儲(chǔ)多長(zhǎng)時(shí)間，如何受到保護(hù)以及在什么環(huán)境條件下進(jìn)行存儲(chǔ)。一旦組件離開(kāi)存儲(chǔ)空間并從其保護(hù)性包裝中取出，這將降低其使用壽命。這是它暴露于周圍環(huán)境條件下的時(shí)間長(zhǎng)度以及這些條件。
水分?jǐn)U散到組件中的速度將取決于其濕度和溫度。溫度越高，環(huán)境中存在的任何水分滲透到包裝材料中的速度就越快。這種吸收一直持續(xù)到材料中的水分濃度與環(huán)境中的水分濃度匹配為止。相對(duì)濕度越高，吸收的水分越多。
與存放時(shí)間，從存放到安裝到PCB上的存放時(shí)間相比，在組件制造過(guò)程中以及將其組裝到PCB上準(zhǔn)備進(jìn)行回流焊接之后的暴露時(shí)間可以認(rèn)為是微不足道的。關(guān)鍵的環(huán)境因素是濕度，溫度以及該時(shí)間長(zhǎng)度。
對(duì)濕氣敏感的包裝材料的使用包括封裝的組件，例如集成電路和傳感器，并擴(kuò)展到連接器和PCB。僅通過(guò)檢查設(shè)備中每個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)表，您才能確定哪些部分對(duì)濕氣敏感。
保質(zhì)期
任何對(duì)水分敏感的組件都應(yīng)裝在密封的保護(hù)性包裝中，通常要使用干燥劑凝膠和惰性環(huán)境。包裝上將標(biāo)明可以存儲(chǔ)組件的最長(zhǎng)時(shí)間（通常為幾年）。通常在包裝中隨附對(duì)濕度特別敏感的零件，并在包裝中隨附濕度指示器，以直觀地指示零件的健康狀況。只要保護(hù)性包裝沒(méi)有受到損害并且存儲(chǔ)設(shè)施的環(huán)境條件在規(guī)范范圍內(nèi)，這應(yīng)該與處理任何其他組件類型沒(méi)有什么不同。
水分敏感性水平
定義了標(biāo)準(zhǔn)的濕氣敏感度水平（MSL），以識(shí)別哪些部分對(duì)濕氣敏感。這些水平?jīng)Q定了部件在受到濕氣不利影響之前可以暴露于室溫和濕度水平的時(shí)間。在這里，環(huán)境被定義為低于30 o C且低于60％相對(duì)濕度，無(wú)限制的MSL 1除外，后者被定義為低于30 o C且低于85％相對(duì)濕度。
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MSL |
地板壽命 |
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1個(gè) |
無(wú)限 |
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2個(gè) |
1年 |
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2a |
4個(gè)星期 |
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3 |
7天 |
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4 |
3天 |
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5 |
2天 |
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5a |
1天 |
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6 |
使用前必須烘烤 |
什么是成分烘焙？
緩慢而溫和地加熱對(duì)水分敏感的組件，可以將水分抽出而不會(huì)造成損壞。這些組件在放入保護(hù)性存儲(chǔ)包裝之前，將作為制造過(guò)程的一部分進(jìn)行烘烤。對(duì)于需要在使用前進(jìn)行烘烤的組件，重復(fù)此烘烤過(guò)程將輕柔地抽出所有額外的水分，以在焊接之前“重置”組件的水分含量。烘焙溫度和需要烘焙的時(shí)間長(zhǎng)度將取決于部件制造中使用的材料，其厚度和水分含量。烘焙過(guò)程要花費(fèi)幾天的時(shí)間并不少見(jiàn)。
如果需要烘烤組件，請(qǐng)牢記的一個(gè)關(guān)鍵因素是，烘烤過(guò)程如果執(zhí)行不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致焊盤氧化，從而導(dǎo)致焊接后的連接性差。
我的PCB會(huì)受到影響嗎？
根據(jù)您使用的PCB的類型，它也可能對(duì)水分吸收敏感，并在回流過(guò)程中遭受類似類型的損壞。靈敏度將取決于用于構(gòu)造基礎(chǔ)層壓板的材料，材料的厚度，層數(shù)以及完成的跟蹤設(shè)計(jì)。通常，FR4被認(rèn)為是耐濕的，而Kapton是對(duì)水分敏感的。諸如銅面積，走線厚度，電鍍通孔縱橫比以及表面處理的使用等因素均會(huì)影響。
管理濕度敏感性
一般建議是在處理組件和PCB時(shí)要小心，將它們保持在低濕度的環(huán)境中，以盡可能延長(zhǎng)其地板壽命。請(qǐng)遵循數(shù)據(jù)表和包裝上的建議，不要做錯(cuò)太多。如果地板壽命是一個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)考慮投資一種臨時(shí)存儲(chǔ)解決方案，該解決方案可使一切保持干燥。對(duì)干燥柜進(jìn)行除濕是一種出色且靈活的解決方案，不會(huì)花很多錢。它們通過(guò)主動(dòng)吸濕或使用簡(jiǎn)單的可重復(fù)使用的干燥劑來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)的相對(duì)濕度。如果錢不是問(wèn)題，那么用惰性氮?dú)獯鎯?nèi)部空氣的存儲(chǔ)解決方案將提供替代解決方案。