为了防止电子元器件在加工工艺过程中由于微裂纹和分层而造成损坏，必须将其储存在适当的环境中。由于目前大量使用无铅焊接，与之相关的较高工艺温度使得湿度管理也变得更加重要。无铅回流焊显著提高了元器件内的饱和蒸汽压力（高达30bar）。在引入无铅以前能够安全进行加工工艺的相同元器件现在变成了车间寿命有限的湿度敏感器件。其造成的差异通常是提高两个湿度敏感等级（MSL），以及更短的允许暴露时间（车间寿命）。 元器件供应商应该将这些湿度敏感器件放入有效的保护包装袋中，以免在运输和储存过程中吸收湿气。这些防潮袋（MBB）由多层塑料和铝制成。如果经过了适当的准备和密封，它们也是一种可以防止氧化的保护包装。防静电袋或自封口塑料袋不能防潮。打开包装后，元器件就会开始吸收湿气。在不同的环境湿度和温度条件下，元器件只能在有限的时间内安全使用。IPC / JEDEC J-STD-033D对元器件的安全使用时间进行了规定。 当元器件超过允许的暴露时间后，可以通过烘烤工艺使其干燥以便能够安全加工。烘烤工艺的温度一般是125°C。之后该元器件应该特别小心地进行加工处理，必须避免反复吸收湿气，因为不能重复进行烘烤工艺。即使仅仅烘烤一次，元器件暴露在这样的温度下也会引起氧化和金属间化合物生长，这会降低焊接表面的润湿能力。如果在125℃下烘烤4天，金属间化合物的厚度会增加约50％。过厚的金属间化合物层会降低焊点完整性，在某些极端情况下会降低可焊接性。 图1：Ag示例 为了解决这种问题，许多烘烤箱供应商会在干燥工艺中使用氮气气氛或真空来减少氧化。将元器件的车间寿命完全重置回零可能需要超过72小时，这势必会产生相当昂贵的氮气成本。只有当氧气浓度低于13ppm时才不会产生氧化。 长期储存过时淘汰的元器件 如今，产品的生命周期很短，各公司发布新型号的时间也比以往任何时候都更快。但是，汽车、航空、军事和航空电子等行业的许多制造商必须保证在未来10年甚至20年间，替换部件（包括PCB）都可以购买到。这意味着需要提前购买以及扩大元器件和材料的库存量。这一方面最棘手的问题是，大多数元器件如果没有经过非常特殊的处理，储存寿命都只有几年。氧化、金属间化合物和脆化都是必须解决的问题。 图2：AgCu28 IPC / JEDEC J-STD-033D在湿度敏感器件以及如何正确处理它们方面提供了非常丰富全面的基础知识，但并未提到长期储存的问题。 此外，元器件的过时淘汰和不断缩短的产品生命周期也迫使制造商需要保持适当的库存量，以供进一步生产和备件供应。电子元件的各种老化过程表明，使用防潮袋（充氮气气氛）储存并不能保证其长期可靠性。 除温度因素外，湿度对金属表面的氧化程度影响是最大的。氧化后的元器件更难以润湿并且会导致更多的焊接缺陷，还可能会导致整个组件失效。 腐蚀防护以确保长期储存的质量 必须同时满足两个条件金属才会发生腐蚀：第一是必须存在氧化剂，例如空气中含量为21％的氧气；第二个条件是存在可以充当电解质的水溶液。电解质在10％相对湿度下就能在金属表面上形成一层很薄的肉眼不可见的水膜。 图3：AgCu50 氧化反应的这两个组成部分缺一不可，否则腐蚀就无法发生。为了达到抗腐蚀的效果，一般采用了三种常见工艺。以防潮袋和/或氮气储存，这样就能去除储存环境中的氧化剂和电解质。在干燥空气中储存仅去掉了电解质。但哪种是更有效的抗氧化保护方法呢？ 防潮袋仅适用于中短期储存，因为渗气有导致接触表面产生腐蚀的风险。这些渗入的气体通常是增塑剂和阻燃剂，它们有可能会在袋内达到较高的浓度。氮气和干燥空气储存没有这种问题，因为会一直对它们进行过滤或替换。 氮气与干燥储存的直接对比 为了确定这两种储存条件下的氧化速率，进行了长期测试（超过9个月）。定期（每四周）通过EDX分析检查样品的氧化程度。同时，以储存在环境空气下的相同材料作为参考。 图4：铜 测试针对每一种材料都绘制了图表来显示储存时间与氧气峰值百分比的关系。由于记录所有EDX光谱时测量条件完全相同（高电压、分析的运行时间、孔径设置和检测器到样品距离），所以其结果具有可比较性。 储存环境测试评估 跟我们的预期相同，在空气中储存的样品上测量到了最高的O2值，当然还有最高程度的表面氧化。而在储存于N2和干燥空气中的样品中可以发现，干燥储存具有最低的O2值和表面氧化程度。这项长期测试的结果表明，由于具有最佳的抗氧化作用，干燥储存可归类为非常适合长期储存。干燥储存不仅在质量方面优于氮气储存，能耗方面也更具有优势。 温度对老化速率的影响 除了腐蚀，元器件还会在金属边界层上扩散，产生老化。温度升高会导致反应速率提高，因此造成老化速率提高。行业经验是，温度每升高10K，老化速率会提高到2至4倍。Arrhenius方程更详细地描述了这一物理化学过程。由于上述原因，我们建议在长期储存期间尽可能降低储存温度。然而，在低温下，有可能会出现诸如锡须和锡病等负面影响。为避免出现这种情况，应该将元器件储存在高于临界温度13.2°C的14°C。这是元器件储存的最低温度。 作者：Rich Heimsch Super Dry 总监 更多内容请在线查看。
