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中温低湿柜对于元器件存储的益处

发布时间：2020/05/27 公司新闻 行业文章 浏览：3090

露点温度达到-55℃——这是目前Totech生产的防潮柜已经实现的干燥程度。如果换算成常见的相对湿度，为0.14%RH。如果使用绝对湿度，那么数值为0.02g/m3，也就是在1000L容量的防潮柜内，在长时间稳定的状态下只有0.02克的水蒸气。


源自东洋防潮柜品牌SUPERDRY四十多年不断追求超低湿的干燥技术，对于元器件来说到底有何益处？除了已经几乎接近于0%RH的干燥环境，还有没有其他因素有利于元器件的存储？


  • 菲克定律（Fick’s law）—— 描述物质扩散的方程


  1. 指明了扩散的方向：从高浓度向低浓度扩散。
    对于元器件来说：当环境中的水蒸气浓度高于其内部的水蒸气浓度，元器件处于吸湿的过程；当环境中的水蒸气浓度低于其内部的水蒸气浓度，元器件处于脱湿的过程。（见下表）


环境中的水蒸气浓度 扩散方向 元器件内水蒸气浓度 元器件状态
高 → 低 吸湿
低 ← 高 脱湿



在防潮柜中，相对湿度这项指标越低就越能保证元器件始终处于脱湿的状态，直到元器件内部的含水率低于0.1Wt%（Wt%为水的重量百分比。当处于危险范围时，元器件经过高温的操作就容易产生各种不良的现象，造成产品缺陷。见下表。）

安全范围 注意范围 危险范围
元器件吸湿率Wt% <0.1 0.1~0.2 >0.2


  1. 扩散速度:与温度成正比

根据菲克定律的公式，其中速度与扩散率D成正比，与距离x成反比。 距离x，意味着元器件越薄，水蒸气扩散到其中心点的速度越快。元器件也越是对湿度敏感。

这里主要来说一下扩散率D这一随温度不同而不同的常数。温度越高扩散率越大。（见下表）

不同温度的扩散率 数值
D30℃ 2.48×10-7mm2/s
D40℃ 4.27×10-7mm2/s
D90℃ 4.13×10-6mm2/s
D125℃ 1.44×10-5mm2/s



比如当温度从40℃上升到90℃时，扩散率D的数值扩大了10倍，相应的扩散速度会明显加快。也意味着元器件本身在90℃的环境中比在40℃的环境中，脱湿或者吸湿的速度更快。

  • Totech 60℃中温低湿柜的实验与应用




与IPC-JEDEC J-STD-033D标准中，4-1表（见上表，有省略）用来查询不同厚度、不同湿敏等级的元器件在不同温湿度条件下恢复现场寿命需要的烘烤时间不同的是：Totech 60℃中温低湿柜不仅仅可以当作一台烘箱，更是设计成一台可以长时间存储的高性能防潮柜。

  1. 烘烤性能测试


在60℃与1%RH的烘烤下，达到安全范围即吸湿率小于0.1Wt%的时间：

LED（尺寸为7x7x5mm的SMD），需要18小时。

BGA（尺寸为11x11x1mm），需要7小时。

  1. 长时间存储的稳定性测试


测试环境：温度25℃、湿度50%RH；空载；柜内容积913L

  1. 125℃烘烤、60℃+≤5%RH存储、≤5%RH存储、≤10%RH存储的选择



对于烘烤来说，按照工序的特定应用、元器件的大小和数量、在reel和tape耐热允许的条件下推荐使用烘烤效率更高的60℃来烘烤，或者按照IPC-JEDEC J-STD-033D标准中，4-1烘烤表中的40℃来烘烤。另外，两者都可以长时间存储，无需停止设备。

当需要相对在更短的时间内完成烘烤，可以把reel和tape中的元器件取下来，放入传统125℃中的烤箱中批量烘烤。125℃下的烘烤时间明显缩短，但在烘烤完成以后需要重新把元器件包装到reel或者tape中。

≤5%RH存储也可以在元器件满足特定状况的条件下，以10倍于暴露的时间去恢复现场寿命。

≤10%RH适合暂停元器件的现场寿命。

可见60℃/40℃+≤5%RH的环境适用性更广，即适合长时间存储，也可取代部分传统125℃的烘烤应用。

（见下图IPC-JEDEC J-STD-033D标准中表4-3）

MSL Level Exposure time @temp/humidity Floor Life Ways available to pause or reset floor life
storage @≤10%RH storage @≤5%RH bake @125℃ storage or bake @40℃/60℃ <5%RH
with reel or tape without reel or tape with reel or tape without reel or tape
2, 2a, 3, 4, 5, 5a anytime
≤40℃/85%RH		 reset x x x √ √ √
2, 2a, 3, 4, 5, 5a >floor life
≤30℃/60%RH		 reset x x x √ √ √
2, 2a, 3 >12 hrs
≤30℃/60%RH		 reset x x x √ √ √
2, 2a, 3 ≤12 hrs
≤30℃/60%RH		 reset √
(5X exposure time)		 √ x √ √ √
2, 2a, 3 Cumulative time<floor life
≤30℃/60%RH		 pause √ √ x √ √ √
4, 5, 5a >8 hrs
≤30℃/60%RH		 reset x x x √ √ √
4, 5, 5a ≤8 hrs
≤30℃/60%RH		 reset x √

(10X exposure time)

 x √ √ √

举例说明：

a. 当一批次湿敏等级为4～5a，包装在reel或者tape中的元器件，暴露在≤30℃/60%RH条件下的时间小于等于8小时，那么：

    1. 不能存储在≤10%RH的干燥柜里去重置其现场寿命。

    2. 可以存储在≤5%RH的干燥柜中，使用10倍的时间去重置其现场寿命。

    3. 需要先从reel和tape中取出元器件，再放入125℃的烘箱中烘烤以重置其现场寿命。烘烤之后再包装回去。

    4. 可以直接在40/60℃ <5%RH的中温低湿干燥柜中存储以重置其现场寿命。

b. 当无意中发现一批包装在reel或者tape中的元器件，但不知道其湿度敏感等级也不知道其暴露时间，那么：

    1. 可以先从reel和tape中取出元器件，再放入125℃的烘箱中烘烤以重置其现场寿命。烘烤之后再包装回去。

    2. 可以直接在40/60℃ <5%RH的中温低湿干燥柜中存储以重置其现场寿命。


（见下图IPC-JEDEC J-STD-033D标准中表4-3）

  1. 60℃/40℃+≤5%RH长期存储时的开关门影响

    简单来说，即使是使用Totech≤5%RH的防潮柜，也可以达到以10倍的暴露时间去恢复现场寿命。见文章http://www.totechasia.com/en/u-2005f.html

    中温+低湿这种既有烘烤效果又可长期存储的独特优势可以忽略掉开关门的影响。


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