如何保護(hù)電子元器件以延長生命周期

在電子電力領(lǐng)域，許多關(guān)鍵應(yīng)用要求設(shè)備必須運(yùn)行很長一段時(shí)間，甚至幾十年。尤其是對(duì)于航空航天、國防、能源和醫(yī)療行業(yè)方面而言，為了保持設(shè)備正常運(yùn)行，必須在其整個(gè)生命周期內(nèi)持續(xù)供應(yīng)組件。

那么，如何保護(hù)電子元器件以延長生命周期，解決這個(gè)問題的一種方法是在生產(chǎn)結(jié)束后長期儲(chǔ)存半導(dǎo)體元件。該解決方案使您能夠在設(shè)備的整個(gè)使用壽命期間持續(xù)供應(yīng)組件。

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電子設(shè)備如果沒有組成它們的組件就無法運(yùn)行。設(shè)計(jì)和材料的快速變化、組件生命周期過短以及新產(chǎn)品比以往更快地推向市場(chǎng)，這些都給公司帶來了挑戰(zhàn)。迅速引入市場(chǎng)的新產(chǎn)品可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品之間的兼容性未知。這可能會(huì)導(dǎo)致維護(hù)和維修問題，以及企業(yè)的額外成本。組件生命周期太短可能會(huì)導(dǎo)致備件的可用性出現(xiàn)問題。

與任何其他產(chǎn)品一樣，所有電子元件都有自己的保質(zhì)期，許多公司的儲(chǔ)存時(shí)間比制造商建議的時(shí)間長。長期存儲(chǔ)階段和倉庫管理起著相當(dāng)關(guān)鍵的作用，因?yàn)殡娮釉徽J(rèn)為與化學(xué)品和食品同等重要。如今，公司有義務(wù)遵守某些由精確規(guī)則和協(xié)議控制的環(huán)境條件。良好的存儲(chǔ)實(shí)踐是一種最佳解決方案，不會(huì)導(dǎo)致電子元件退化，從而使它們的相對(duì)機(jī)械和電氣性能能夠隨著時(shí)間的推移保持恒定。

在日益由消費(fèi)者驅(qū)動(dòng)的世界里，半導(dǎo)體零部件制造商正在選擇壽命較短的產(chǎn)品。然而，許多應(yīng)用要求設(shè)備運(yùn)行數(shù)十年，這使得供應(yīng)連續(xù)性成為一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。一種廣泛實(shí)施的解決方案是將半導(dǎo)體長期保存，即使在最終生產(chǎn)之后也是如此。

為了開發(fā)新的保存技術(shù)，許多公司進(jìn)行測(cè)試(見圖 1)以確定長期保存對(duì)組件的影響。這些測(cè)試涉及來自不同模型的組件的隨機(jī)樣本。正確存放的元件通常不會(huì)出現(xiàn)老化或變質(zhì)的跡象，并且可以長期保持其內(nèi)部和外部的完整性和可焊性。如果保存完好，這些設(shè)備沒有明顯的腐蝕或破損跡象。

長期保存涉及保護(hù)電子元件和PCB長時(shí)間保存以保持其功能完整性。在電子行業(yè)，計(jì)算電子元件的正確保質(zhì)期非常復(fù)雜，因?yàn)闀r(shí)間比食品等產(chǎn)品要長得多。但是，根據(jù)所需的保存時(shí)間間隔，相關(guān)技術(shù)可能會(huì)有很大不同。最新一代的保存過程雖然質(zhì)量很高，但并不能保證奇跡。目前，絕對(duì)的完美是無法實(shí)現(xiàn)的。

例如，電池和靜態(tài)能量發(fā)生器通常就是這種情況。目前，沒有辦法讓儲(chǔ)存在倉庫中的電池使用時(shí)間更長，經(jīng)過一段時(shí)間后，它們注定會(huì)被丟棄。然而，使用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)技術(shù)可確保電子元件多年保持良好狀態(tài)。

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如前所述，電子元件的保質(zhì)期是指其在不喪失其功能的情況下可以儲(chǔ)存的時(shí)間。一段時(shí)間后，該組件可能變得無法使用，或者相反，它可以繼續(xù)正常工作，產(chǎn)品仍然可以完美使用。電子元件的長期保存是一個(gè)復(fù)雜的問題，不能輕易解決，因?yàn)闀r(shí)間的無情流逝會(huì)影響物質(zhì)的所有物理和化學(xué)現(xiàn)象。

氧化和濕度等多種因素可能會(huì)改變器件的分子結(jié)構(gòu)。為了長期保存電子元件，有必要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀Ｗo(hù)元件免受多種因素的影響。沒有單一的解決方案，但良好的結(jié)果是使用多種方法的結(jié)果。

一種策略是將組件存儲(chǔ)在干燥、涼爽的環(huán)境中，相對(duì)濕度應(yīng)非常低。在低溫環(huán)境(一般在10℃到20℃之間)儲(chǔ)存電子元件也非常有利。研究人員更喜歡在無氧環(huán)境中進(jìn)行這種長期儲(chǔ)存操作，甚至使用密封或填充惰性氣體的容器。

污染也是一個(gè)不容小覷的大問題。靜電荷可能會(huì)給存儲(chǔ)的設(shè)備帶來嚴(yán)重問題。因此，環(huán)境必須與外界電氣隔離，還要考慮低頻和高頻電磁輻射?；覊m也會(huì)損害電子產(chǎn)品的完整性。因此，應(yīng)將組件存放在極其干凈、無塵的環(huán)境中，并定期檢查是否有任何變化。

產(chǎn)品的保質(zhì)期取決于一系列難以預(yù)測(cè)的變量，包括熱量、機(jī)械應(yīng)力和濕度。然而，客觀事實(shí)是，如果產(chǎn)品儲(chǔ)存正確，并極其小心地遵循程序，其保質(zhì)期可以大大延長。產(chǎn)品的儲(chǔ)存環(huán)境對(duì)其維護(hù)具有決定性影響，因此是該領(lǐng)域需要考慮的主要因素之一。因此，必須將這些成分儲(chǔ)存在黑暗中，因?yàn)榧词故亲贤饩€輻射也會(huì)改變它們。這也是必須使用合適且耐用的包裝材料的眾多原因之一，即使成本可能大幅增加，但不含可能對(duì)電子元件的健康產(chǎn)生負(fù)面影響的化學(xué)物質(zhì)。事實(shí)上，常見的紙箱是

始終存在的問題之一是污染，這可能是由于附近物體排放的氣體造成的。因此，電子元件應(yīng)單獨(dú)存放，附近不得有其他產(chǎn)品。

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PCB 也會(huì)隨著時(shí)間的推移而惡化。多年來，不僅導(dǎo)電路徑會(huì)發(fā)生變化，而且基板甚至?xí)┞对诶匣^程中。長期保存 PCB 的有用技術(shù)之一是真空密封以消除空氣的存在。

電子元件在長期儲(chǔ)存后，如果保存過程沒有得到完美的執(zhí)行，可能會(huì)帶來一些可焊性風(fēng)險(xiǎn)。但如果公司仔細(xì)遵循所有存儲(chǔ)程序，暴露后發(fā)生的任何(減少的)氧化都不會(huì)影響組件的可焊性，因此長期存儲(chǔ)不會(huì)對(duì)可焊性產(chǎn)生負(fù)面影響。

多年來可能出現(xiàn)的另一個(gè)問題是擴(kuò)散(見圖3)，這是一種物理過程，在此過程中，由于原子或分子的自主熱運(yùn)動(dòng)，至少兩種或多種物質(zhì)以不斷增加的速度混合。由于熱運(yùn)動(dòng)，顆粒濃度差異減小，直到發(fā)生完全混合。

例如，銅基材材料可以擴(kuò)散到錫中，形成一種全新的類青銅材料。在這些情況下，焊接不再可能，因?yàn)槿埸c(diǎn)高得多并且錫不再能夠粘合。擴(kuò)散總是因溫度而發(fā)生。

電子元件的老化方法不僅取決于所采用的保護(hù)方法，還取決于元件的類型。最精密的元件可能是電解電容器和電池。它們顯然會(huì)由于內(nèi)部電阻而放電，但最大的問題是它們的內(nèi)部會(huì)隨著時(shí)間的推移而干涸。電阻器是非常堅(jiān)固的元件，在一些倉庫中，甚至在工作設(shè)備中，可以觀察到這種元件即使超過 100 年也能完美地工作。半導(dǎo)體(二極管和晶體管) 幾乎不受老化的影響，只要將它們存放在陰涼的地方。一般來說，電子元件不應(yīng)長時(shí)間接觸電流或通電，因?yàn)槔擞侩娏鲿?huì)損壞它們。

因此，倉庫必須存放全新且從未使用過的元件。與分立元件相比，集成電路是最脆弱的，因?yàn)樗鼈兒苋菀滓蜓趸统睗穸l(fā)生改變，從而導(dǎo)致逐漸但不可避免的退化。

04

平均故障間隔時(shí)間(MTBF)是一個(gè)參數(shù)，表示設(shè)備在多次故障之間的平均運(yùn)行時(shí)間，是電子行業(yè)最常用的性能指標(biāo)之一。因?yàn)樗梢院饬吭O(shè)備和電子設(shè)備的可靠性水平，成分。該參數(shù)基于數(shù)據(jù)的收集和分析，旨在精確描述電子元件的行為及其在某些操作條件下執(zhí)行所需功能的能力的可靠性。

通過計(jì)算此參數(shù)，可以設(shè)計(jì)預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃，幫助在潛在問題發(fā)生之前解決它們。MTBF 提供了對(duì)兩次故障之間的平均預(yù)期時(shí)間的可靠評(píng)估，即 一次故障發(fā)生與下一次故障發(fā)生之間的時(shí)間間隔。該參數(shù)的計(jì)算涉及到某個(gè)部件的總運(yùn)行時(shí)間與同一時(shí)期內(nèi)發(fā)生的故障總數(shù)之間的比率。通用公式如下：

當(dāng)檢查的時(shí)間段越長、可能發(fā)生的故障越多時(shí)，MTBF參數(shù)的計(jì)算就越復(fù)雜。它與“壽命”參數(shù)密切相關(guān)，“壽命”是指電子元件在承受技術(shù)數(shù)據(jù)表中規(guī)定的最大應(yīng)力的情況下可以保持運(yùn)行的總時(shí)間，在此之后制造商不再保證正常的運(yùn)行條件。圖4顯示了電解電容器的壽命(基于其工作溫度)的一個(gè)非常通用的示例。

長期存儲(chǔ)是長壽命應(yīng)用的可行解決方案。組件可以有效存儲(chǔ)多年，確保供應(yīng)的連續(xù)性并消除供應(yīng)鏈中斷。然而，重要的是要記住，所有原材料，即使只是簡(jiǎn)單儲(chǔ)存，遲早都會(huì)腐爛。

因此，采取措施減輕組件退化非常重要，例如使用最佳存儲(chǔ)條件和定期維護(hù)。關(guān)于最佳存儲(chǔ)條件，組件必須存儲(chǔ)在溫度和濕度恒定的受控環(huán)境中。

在定期維護(hù)方面，必須定期檢查組件以識(shí)別任何問題或退化跡象。通過采取這些措施，即使在長期儲(chǔ)存中，部件狀況也可以安全保存多年。