淺議環(huán)境濕度對電子元件測試和使用的影響

關(guān)鍵詞 ： 相對濕度  敏感參數(shù)  數(shù)據(jù)  影響   存放

1.   引 言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對電子元器件的質(zhì)量和可靠性提出了更高的要求，環(huán)境濕度對元器件測試結(jié)果和使用的影響越來越備受關(guān)注。提高 室內(nèi)環(huán)境的相對濕度，可以降低 ESD 發(fā)生的幾率；然而相對濕度的過大，又會(huì)給測試和使用帶來一系列新的問題。比如在元器件的檢測中，由于環(huán)境濕度的不同，而會(huì)有二種不同的測試結(jié)果。這樣就提高了制造廠和使用單位對環(huán)境濕度引起電子元件測試結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)注程度。

2.   相對濕度的基本概念

首先， 為了更好地了解相對濕度極其影響，有必要先明確一些濕度的基本概念。
相對濕度 （ Relative Humidity）： 通常用 RH來表示。
濕度的定義是： “空氣中濕氣的含量 ”。
這種濕氣必須是水蒸氣的形式，沒有蒸發(fā)成水蒸氣狀態(tài)的的可視水滴不會(huì)影響濕度。相對濕度這個(gè)名詞是指 “在一定的溫度下，某一體積空氣中的實(shí)際含水量與該空氣最大限度的含水飽和量之比，用百分比（ % ）表示 ”，所以：

Ma 相對濕度過（ RH ） =   / t Mg Ma = 空氣中水的含量 Mg = 該空氣可含水的最大容量 t = 溫度
焓： 物質(zhì)所具有的一種熱力學(xué)性質(zhì)。定義為該物質(zhì)的體積、壓力的乘積與內(nèi)能的總和
焓濕圖（ Psychromeric） 又叫空氣線圖，是一種由熱力學(xué)繪制作圖而成。便于有關(guān)水蒸氣及溫度變化的各種空調(diào)問題以作圖方式簡單的得到解答。
含水量 （ Specific Temperature ）： 又稱比濕度。濕空氣中水蒸氣質(zhì)量與干空氣質(zhì)量的比值，單位為 kg/kg 干空氣
干球溫度 （ Dry bulb Temperature ）： 空氣的干球（ DB ）溫度為普通的干球溫度計(jì)所測的溫度。
濕球溫度 （ Wet bulb Temperature ）： 空氣的濕球（ WB ）溫度為濕球溫度計(jì)所測的溫度。濕球溫度計(jì)指將一般的溫度計(jì)的感溫球用濕紗布包裹的溫度計(jì)。
露點(diǎn)（ Dew-poit）： 當(dāng)溫度降低時(shí)，氣體混和物中水蒸氣開始凝結(jié)的溫度。
結(jié)露： 空氣處于非常潮濕的狀態(tài)，即成為相對濕度 100%的飽和空氣，此時(shí)只要溫度下降就可看見水滴產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為結(jié)露。
潛熱： 潛代表隱藏， HVAC的用法是指相變化，溫度不改變下的能量變化。每種物質(zhì)有不同的潛熱焓。
顯熱： 顯代表可感覺， HVAC的用法是指改變溫度所需的熱量。這種變化可用溫度計(jì)測出。

3. RH 對于元器件的測試影響 ：

絕大部分電子產(chǎn)品都要求在干燥條件下作業(yè)和存放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年有 1/4 以上的工業(yè)制造不良品與潮濕的危害有關(guān)。對于電子工業(yè)，潮濕的危害已經(jīng)成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素之一。下面就來通過一個(gè)小實(shí)驗(yàn)解析一下濕度對于元器件測試的影響。（注：測試人員帶防靜電指套和手環(huán)）

環(huán)境條件： TA=25 ℃   RH=86%

測試器件：取 3只 OP07AZ/883Q    批次 0127 分別標(biāo)記為 1.2.3號(hào)

測試結(jié)果：見表 1                                                                              表 1 （高溫處理前測試結(jié)果）

--------------------------------------------------------------------------------------------

No       P/F        Vos       Ib+       Ib-       Ios          CMRR         Vo+       Vo-       Ps       

                 (mV   )    (nA   )    (nA   )    (nA   )      (db   )       ( V   )    ( V   )    (mW   )   

        Min                                               110           12        12                

        Max        0.025     2         2         2                                         120      

--------------------------------------------------------------------------------------------

1        Fail        *-0.027   * 2.866    -0.691   * 3.557       142          14.05    -13.08     44.13  

2        Fail      *-0.027   * 3.602    -0.696   * 4.298       140          14.04    -13.07     44.16  

3        Fail      *-0.031   * 3.425    -0.308   * 3.733        117          14.03    -13.02     45.33  

環(huán)境條件： TA=25 ℃  把上述不合格的 3只器件置于高溫箱 85℃下存儲(chǔ) 30分鐘

測試器件：還是剛才的 1.2.3號(hào)器件

測試結(jié)果： 見表 2

                           表 2 （高溫存儲(chǔ)后測試結(jié)果）

--------------------------------------------------------------------------------------------

No       P/F          Vos       Ib+       Ib-       Ios           CMRR           Vo+       Vo-       Ps       

                   (mV   )    (nA   )    (nA   )    (nA   )      (db   )       ( V   )    ( V   )    (mW   )   

        Min                                                110          12        12                

        Max          0.025     2         2         2                                         120      

--------------------------------------------------------------------------------------------

1        Pass       -0.024     0.904     0.963    -0.059        154         14.02    -13.00     44.61  

2        Pass       -0.015     0.876     0.869     0.007         133         14.01    -13.02     43.20  

3        Pass         0.022     0.884     0.869     0.015        135          14.02    -13.10     45.33

       由數(shù)據(jù)我們可以看出高溫處理前測試產(chǎn)品不合格的濕度敏感參數(shù)經(jīng)高溫存儲(chǔ)后變合格了。

另我們對第三方測試三溫合格的器件再來做一下試驗(yàn)，低溫存儲(chǔ)后對器件進(jìn)行低溫測試，也會(huì)發(fā)生類似的現(xiàn)象，如果我們把同樣的器件直接放入低溫箱，不加任何外在保護(hù)把器件放入塑料袋中，測試出來會(huì)有二種結(jié)果，直接裸露于低溫箱里的器件有可能不合格，而外加保護(hù)的元件一定合格。

解析原因：

    試驗(yàn)結(jié)果證明了相對濕度對于元件的影響，再來一次這樣的試驗(yàn)，取上兩次試驗(yàn)過的器件 1 置于測試盒上，用嘴對著器件吹一口氣，我們再來對比以下測試結(jié)果。

吹氣前：測試參數(shù)見表 3

表   3                        

--------------------------------------------------------------------------------------------No       P/F          Vos       Ib+       Ib-       Ios         CMRR          Vo+       Vo-       Ps       

                  (mV   )    (nA   )    (nA   )    (nA   )       (db   )       ( V   )    ( V   )    (mW   )   

        Min                                                  110         12        12                

        Max        0.025     2         2         2                                           120      

--------------------------------------------------------------------------------------------1        Pass      -0.021     1.623    -0.321     1.944         139         14.04    -13.07     45.00  

吹氣后： 請注意隨著時(shí)間的推移引起的參數(shù)變化，測試間隔為 3-5 秒，見表 4                           表    4          -------------------------------------------------------------------------------------------

No       P/F            Vos       Ib+       Ib-       Ios        CMRR       Vo+       Vo-       Ps       

                     (mV   )    (nA   )    (nA   )    (nA   )     (db   )     ( V   )    ( V   )    (mW   )   

        Min                                                110          12        12                

        Max            0.025     2         2         2                                         120      

--------------------------------------------------------------------------------------------

1       Fail     -      *-0.140   * 3.382   *-3.617   * 6.999     * 108        14.03    -13.02     45.33  

2       Fail     -      *-0.047   * 3.421   * 4.113    -0.692      114       14.03    -13.02     45.33  

3       Fail     -     *-0.038   * 3.423     0.705   * 2.718      114       14.03    -13.01     45.30  

4       Fail     -     *-0.034   * 3.424    -0.574   * 3.998      115       14.03    -13.02     45.33  

5       Fail     -     *-0.031   * 3.425    -0.308   * 3.733      117       14.03    -13.02     45.33  

6       Fail     -      -0.022   * 3.429    -1.717   * 5.146       123      14.03    -13.01     45.33  

7       Fail     -      -0.019   * 3.430    -0.838   * 4.268       127      14.03    -13.02     45.33  

8       Fail     -      -0.017   * 3.430    -0.581   * 4.011       132      14.03    -13.01     45.33  

9       Pass     -      -0.016     1.079    -0.037     1.116       142      14.03    -13.01     45.33  

      由實(shí)驗(yàn)得出：空氣濕度決定器件的測試結(jié)果，在相對濕度較大的情況下（ RH ≥ 85% ），容易引起電路管腳間的短路或漏電，從而造成測試數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。且這種情況在一些 CMOS 器件和高精度運(yùn)算放大器的測試中也能反映出來，具有一定的共性。

4. RH 對于元器件的使用影響 ：

在使用過程中，假如之前有潮氣進(jìn)入器件內(nèi)部，因?yàn)榭諝庵泻��? CL離子，容易對器件內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕，若時(shí)間過長，加電后有可能引起器件損壞，更有甚者造成整機(jī)無法正常運(yùn)做，如果在要求可靠性比較高的系統(tǒng)中，可能會(huì)帶來更大的損失。 潮濕還會(huì)引起電阻值改變，炭質(zhì)或薄膜電阻受潮后，其表面的保護(hù)層就會(huì)變形或脫落。如果潮氣滲過漆層就會(huì)使阻值改變。潮濕對于元器件的這些影響進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的靈敏度降低、頻率漂移、輸出下降，使設(shè)備性能變壞。建議用戶在板級(jí)調(diào)試完成后進(jìn)行預(yù)烘干，并噴涂三防漆。

5. 器件存放我們應(yīng)注意那些問題 ：

電子元件的存放環(huán)境也是值得重視的問題，存放前我們應(yīng)該考慮到對器件進(jìn)行防潮 .防霉 .防鹽霧處理，領(lǐng)取過程中應(yīng)注意防靜電的問題，可以采取防潮柜，防靜電包裝 .用溫濕度計(jì)對存放環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視和控制等。具體的存放還得視器件的封裝，體積和質(zhì)量等級(jí)等因素決定。

綜上所述，相對濕度過高將在測試中對器件敏感參數(shù)帶來致命的影響，那么，企業(yè)應(yīng)該如何來控制電子產(chǎn)品的存放濕度呢？筆者認(rèn)為，企業(yè)應(yīng)該著重控制好原料倉庫、生產(chǎn)車間、成品倉庫的溫濕度以及測試間的相對濕度，希望相對濕度這個(gè)問題和靜電防護(hù)一樣能夠引起制造方和使用方的足夠重視。在環(huán)境濕度問題方面，本文只做了一些淺顯的分析，不足之處請各位專家 . 讀者批評(píng)指正，在工作中得到航天 771 所總工及各位高工、其它同事、朋友的指導(dǎo)與幫助，在此深表謝意！