電(diàn)气元件中的水分(fēn)敏感性

2021-04-14

電(diàn)气元件中的水分(fēn)敏感性

随着时间的流逝，用(yòng)于构造電(diàn)气组件的多(duō)种材料可(kě)以吸收空气中的水分(fēn)。最初引入回流焊接成為(wèi)一个问题，在该过程中，组件会在短时间内经受突然的高温。然后，使用(yòng)无铅焊料会加剧这种情况，从而导致回流过程中出现更高的峰值温度。增加湿度敏感性的其他(tā)因素是更便宜，更薄的材料，例如塑料，与传统上使用(yòng)的更昂贵的密封材料相比，它们的性能(néng)更差。

水分(fēn)会蒸发并损坏组件。这可(kě)以是微裂纹的形式，其会削弱组件的封装，完全的裂纹导致组件的各个部分(fēn)的分(fēn)离，或者是芯片焊盘与其树脂覆盖层之间的表面剥离。无论损坏的类型如何，其结果都是需要更换组件。

挑战之一是由水分(fēn)蒸发引起的损坏可(kě)能(néng)不会立即显现出来，只有(yǒu)在设备组装和测试后才会出现。它可(kě)能(néng)很(hěn)小(xiǎo)，足以使设备似乎正常工作，只是在随后投入服務(wù)时过早出现故障。通常，开裂发生在封装最薄的地方，对于表面安装元件，开裂通常在靠近PCB的底面上，因此看不见。类似地，除非在部件的可(kě)见部分(fēn)的表面上，否则微裂纹也将在视觉上不可(kě)见。

主要问题是由微控制器和其他(tā)复杂设备中的水分(fēn)蒸发引起的损坏。来自模具的精密金属線(xiàn)和表面安装垫通常封装在塑料中。该包装的任何破裂都可(kě)能(néng)使電(diàn)線(xiàn)断裂，除非MCU用(yòng)作電(diàn)源引脚，否则只有(yǒu)在MCU运行后才能(néng)检测到该電(diàn)線(xiàn)。

这个问题有(yǒu)多(duō)普遍？

发生此问题的可(kě)能(néng)性取决于所使用(yòng)的包装材料的类型以及组件暴露于湿气的时间長(cháng)度。这主要取决于组件在存储阶段要存储多(duō)長(cháng)时间，如何受到保护以及在什么环境条件下进行存储。一旦组件离开存储空间并从其保护性包装中取出，这将降低其使用(yòng)寿命。这是它暴露于周围环境条件下的时间長(cháng)度以及这些条件。

水分(fēn)扩散到组件中的速度将取决于其湿度和温度。温度越高，环境中存在的任何水分(fēn)渗透到包装材料中的速度就越快。这种吸收一直持续到材料中的水分(fēn)浓度与环境中的水分(fēn)浓度匹配為(wèi)止。相对湿度越高，吸收的水分(fēn)越多(duō)。

与存放时间，从存放到安装到PCB上的存放时间相比，在组件制造过程中以及将其组装到PCB上准备进行回流焊接之后的暴露时间可(kě)以认為(wèi)是微不足道的。关键的环境因素是湿度，温度以及该时间長(cháng)度。

对湿气敏感的包装材料的使用(yòng)包括封装的组件，例如集成電(diàn)路和传感器，并扩展到连接器和PCB。仅通过检查设备中每个项目的数据表，您才能(néng)确定哪些部分(fēn)对湿气敏感。

保质期

任何对水分(fēn)敏感的组件都应装在密封的保护性包装中，通常要使用(yòng)干燥剂凝胶和惰性环境。包装上将标明可(kě)以存储组件的最長(cháng)时间（通常為(wèi)几年）。通常在包装中随附对湿度特别敏感的零件，并在包装中随附湿度指示器，以直观地指示零件的健康状况。只要保护性包装没有(yǒu)受到损害并且存储设施的环境条件在规范范围内，这应该与处理(lǐ)任何其他(tā)组件类型没有(yǒu)什么不同。 

水分(fēn)敏感性水平

定义了标准的湿气敏感度水平（MSL），以识别哪些部分(fēn)对湿气敏感。这些水平决定了部件在受到湿气不利影响之前可(kě)以暴露于室温和湿度水平的时间。在这里，环境被定义為(wèi)低于30 o C且低于60％相对湿度，无限制的MSL 1除外，后者被定义為(wèi)低于30 o C且低于85％相对湿度。

什么是成分(fēn)烘焙？

缓慢而温和地加热对水分(fēn)敏感的组件，可(kě)以将水分(fēn)抽出而不会造成损坏。这些组件在放入保护性存储包装之前，将作為(wèi)制造过程的一部分(fēn)进行烘烤。对于需要在使用(yòng)前进行烘烤的组件，重复此烘烤过程将轻柔地抽出所有(yǒu)额外的水分(fēn)，以在焊接之前“重置”组件的水分(fēn)含量。烘焙温度和需要烘焙的时间長(cháng)度将取决于部件制造中使用(yòng)的材料，其厚度和水分(fēn)含量。烘焙过程要花(huā)费几天的时间并不少见。

如果需要烘烤组件，请牢记的一个关键因素是，烘烤过程如果执行不当，可(kě)能(néng)会导致焊盘氧化，从而导致焊接后的连接性差。

我的PCB会受到影响吗？

根据您使用(yòng)的PCB的类型，它也可(kě)能(néng)对水分(fēn)吸收敏感，并在回流过程中遭受类似类型的损坏。灵敏度将取决于用(yòng)于构造基础层压板的材料，材料的厚度，层数以及完成的跟踪设计。通常，FR4被认為(wèi)是耐湿的，而Kapton是对水分(fēn)敏感的。诸如铜面积，走線(xiàn)厚度，電(diàn)镀通孔纵横比以及表面处理(lǐ)的使用(yòng)等因素均会影响。

管理(lǐ)湿度敏感性

一般建议是在处理(lǐ)组件和PCB时要小(xiǎo)心，将它们保持在低湿度的环境中，以尽可(kě)能(néng)延長(cháng)其地板寿命。请遵循数据表和包装上的建议，不要做错太多(duō)。如果地板寿命是一个问题，请考虑投资一种临时存储解决方案，该解决方案可(kě)使一切保持干燥。对干燥柜进行除湿是一种出色且灵活的解决方案，不会花(huā)很(hěn)多(duō)钱。它们通过主动吸湿或使用(yòng)简单的可(kě)重复使用(yòng)的干燥剂来调节室内的相对湿度。如果钱不是问题，那么用(yòng)惰性氮气代替内部空气的存储解决方案将提供替代解决方案。