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)的的可視水滴不會影響濕度。相對濕度這個名詞是指 “在一定的溫度下，某一體積空氣中的實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 ）溫度為濕球溫度計所測的溫度。濕球溫度計指將一般的溫度計的感溫球用濕紗布包裹的溫度計。
露點（ Dew-poit）： 當(dāng)溫度降低時，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，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。下面就來通過一個小實驗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 分別標記為 1.2.3號

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 30分鐘

測試器件：還是剛才的 1.2.3號器件

測試結(jié)果： 見表 2

                           表 2 （高溫存儲后測試結(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，低溫存儲后對器件進行低溫測試，也會發(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，不加任何外在保護把器件放入塑料袋中，測試出來會有二種結(jié)果，直接裸露于低溫箱里的器件有可能不合格，而外加保護的元件一定合格。

解析原因：

    試驗結(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，取上兩次試驗過的器件 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  

      由實驗得出：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)的不準確。且這種情況在一些 CMOS 器件和高精度運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，假如之前有潮氣進入器件內(nèi)部，因為空氣中含有 CL離子，容易對器件內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕，若時間過長，加電后有可能引起器件損壞，更有甚者造成整機無法正常運做，如果在要求可靠性比較高的系統(tǒng)中，可能會帶來更大的損失。 潮濕還會引起電阻值改變，炭質(zhì)或薄膜電阻受潮后，其表面的保護層就會變形或脫落。如果潮氣滲過漆層就會使阻值改變。潮濕對于元器件的這些影響進而導(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。建議用戶在板級調(diào)試完成后進行預(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 .用溫濕度計對存放環(huán)境進行監(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，希望相對濕度這個問題和靜電防護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！