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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問題，在該過程中，組件會在短時間內(nèi)經(jīng)受突然的高溫。然后，使用無鉛焊料會加劇這種情況，從而導(dǎo)致回流過程中出現(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。
水分會蒸發(fā)并損壞組件。這可以是微裂紋的形式，其會削弱組件的封裝，完全的裂紋導(dǎo)致組件的各個部分的分離，或者是芯片焊盤與其樹脂覆蓋層之間的表面剝離。無論損壞的類型如何，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立即顯現(xiàn)出來，只有在設(shè)備組裝和測試后才會出現(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)時過早出現(xiàn)故障。通常，開裂發(fā)生在封裝最薄的地方，對于表面安裝元件，開裂通常在靠近PCB的底面上，因此看不見。類似地，除非在部件的可見部分的表面上，否則微裂紋也將在視覺上不可見。
主要問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運行后才能檢測到該電線。
這個問題有多普遍？
發(fā)生此問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間長度。這主要取決于組件在存儲階段要存儲多長時間，如何受到保護以及在什么環(huán)境條件下進行存儲。一旦組件離開存儲空間并從其保護性包裝中取出，這將降低其使用壽命。這是它暴露于周圍環(huán)境條件下的時間長度以及這些條件。
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。相對濕度越高，吸收的水分越多。
與存放時間，從存放到安裝到PCB上的存放時間相比，在組件制造過程中以及將其組裝到PCB上準(zhǔn)備進行回流焊接之后的暴露時間可以認(rèn)為是微不足道的。關(guān)鍵的環(huán)境因素是濕度，溫度以及該時間長度。
對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，并擴展到連接器和PCB。僅通過檢查設(shè)備中每個項目的數(shù)據(jù)表，您才能確定哪些部分對濕氣敏感。
保質(zhì)期
任何對水分敏感的組件都應(yīng)裝在密封的保護性包裝中，通常要使用干燥劑凝膠和惰性環(huán)境。包裝上將標(biāo)明可以存儲組件的最長時間（通常為幾年）。通常在包裝中隨附對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。只要保護性包裝沒有受到損害并且存儲設(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），以識別哪些部分對濕氣敏感。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間。在這里，環(huán)境被定義為低于30 o C且低于60％相對濕度，無限制的MSL 1除外，后者被定義為低于30 o C且低于85％相對濕度。
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MSL |
地板壽命 |
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1個 |
無限 |
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2個 |
1年 |
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2a |
4個星期 |
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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水分敏感的組件，可以將水分抽出而不會造成損壞。這些組件在放入保護性存儲包裝之前，將作為制造過程的一部分進行烘烤。對于需要在使用前進行烘烤的組件，重復(fù)此烘烤過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間長度將取決于部件制造中使用的材料，其厚度和水分含量。烘焙過程要花費幾天的時間并不少見。
如果需要烘烤組件，請牢記的一個關(guān)鍵因素是，烘烤過程如果執(zhí)行不當(dāng)，可能會導(dǎo)致焊盤氧化，從而導(dǎo)致焊接后的連接性差。
我的PCB會受到影響嗎？
根據(jù)您使用的PCB的類型，它也可能對水分吸收敏感，并在回流過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。通常，FR4被認(rèn)為是耐濕的，而Kapton是對水分敏感的。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影響。
管理濕度敏感性
一般建議是在處理組件和PCB時要小心，將它們保持在低濕度的環(huán)境中，以盡可能延長其地板壽命。請遵循數(shù)據(jù)表和包裝上的建議，不要做錯太多。如果地板壽命是一個問題，請考慮投資一種臨時存儲解決方案，該解決方案可使一切保持干燥。對干燥柜進行除濕是一種出色且靈活的解決方案，不會花很多錢。它們通過主動吸濕或使用簡單的可重復(fù)使用的干燥劑來調(diào)節(jié)室內(nèi)的相對濕度。如果錢不是問題，那么用惰性氮氣代替內(nèi)部空氣的存儲解決方案將提供替代解決方案。