浅议环境湿度对电子元件测试和使用的影响

关键词 ： 相对湿度  敏感参数  数据  影响   存放

1.   引 言

随着电子技术的不断发展，对电子元器件的质量和可靠性提出了更高的要求，环境湿度对元器件测试结果和使用的影响越来越备受关注。提高 室内环境的相对湿度，可以降低 ESD 发生的几率；然而相对湿度的过大，又会给测试和使用带来一系列新的问题。比如在元器件的检测中，由于环境湿度的不同，而会有二种不同的测试结果。这样就提高了制造厂和使用单位对环境湿度引起电子元件测试结果准确性的关注程度。

2.   相对湿度的基本概念

首先， 为了更好地了解相对湿度极其影响，有必要先明确一些湿度的基本概念。
相对湿度 （ Relative Humidity）： 通常用 RH来表示。
湿度的定义是： “空气中湿气的含量 ”。
这种湿气必须是水蒸气的形式，没有蒸发成水蒸气状态的的可视水滴不会影响湿度。相对湿度这个名词是指 “在一定的温度下，某一体积空气中的实际含水量与该空气最大限度的含水饱和量之比，用百分比（ % ）表示 ”，所以：

Ma 相对湿度过（ RH ） =   / t Mg Ma = 空气中水的含量 Mg = 该空气可含水的最大容量 t = 温度
焓： 物质所具有的一种热力学性质。定义为该物质的体积、压力的乘积与内能的总和
焓湿图（ Psychromeric） 又叫空气线图，是一种由热力学绘制作图而成。便于有关水蒸气及温度变化的各种空调问题以作图方式简单的得到解答。
含水量 （ Specific Temperature ）： 又称比湿度。湿空气中水蒸气质量与干空气质量的比值，单位为 kg/kg 干空气
干球温度 （ Dry bulb Temperature ）： 空气的干球（ DB ）温度为普通的干球温度计所测的温度。
湿球温度 （ Wet bulb Temperature ）： 空气的湿球（ WB ）温度为湿球温度计所测的温度。湿球温度计指将一般的温度计的感温球用湿纱布包裹的温度计。
露点（ Dew-poit）： 当温度降低时，气体混和物中水蒸气开始凝结的温度。
结露： 空气处于非常潮湿的状态，即成为相对湿度 100%的饱和空气，此时只要温度下降就可看见水滴产生，这种现象称为结露。
潜热： 潜代表隐藏， HVAC的用法是指相变化，温度不改变下的能量变化。每种物质有不同的潜热焓。
显热： 显代表可感觉， HVAC的用法是指改变温度所需的热量。这种变化可用温度计测出。

3. RH 对于元器件的测试影响 ：

绝大部分电子产品都要求在干燥条件下作业和存放。据统计，全球每年有 1/4 以上的工业制造不良品与潮湿的危害有关。对于电子工业，潮湿的危害已经成为影响产品质量的主要因素之一。下面就来通过一个小实验解析一下湿度对于元器件测试的影响。（注：测试人员带防静电指套和手环）

环境条件： TA=25 ℃   RH=86%

测试器件：取 3只 OP07AZ/883Q    批次 0127 分别标记为 1.2.3号

测试结果：见表 1                                                                              表 1 （高温处理前测试结果）

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

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  

环境条件： TA=25 ℃  把上述不合格的 3只器件置于高温箱 85℃下存储 30分钟

测试器件：还是刚才的 1.2.3号器件

测试结果： 见表 2

                           表 2 （高温存储后测试结果）

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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

       由数据我们可以看出高温处理前测试产品不合格的湿度敏感参数经高温存储后变合格了。

另我们对第三方测试三温合格的器件再来做一下试验，低温存储后对器件进行低温测试，也会发生类似的现象，如果我们把同样的器件直接放入低温箱，不加任何外在保护把器件放入塑料袋中，测试出来会有二种结果，直接裸露于低温箱里的器件有可能不合格，而外加保护的元件一定合格。

解析原因：

    试验结果证明了相对湿度对于元件的影响，再来一次这样的试验，取上两次试验过的器件 1 置于测试盒上，用嘴对着器件吹一口气，我们再来对比以下测试结果。

吹气前：测试参数见表 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  

吹气后： 请注意随着时间的推移引起的参数变化，测试间隔为 3-5 秒，见表 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  

      由实验得出：空气湿度决定器件的测试结果，在相对湿度较大的情况下（ RH ≥ 85% ），容易引起电路管脚间的短路或漏电，从而造成测试数据的不准确。且这种情况在一些 CMOS 器件和高精度运算放大器的测试中也能反映出来，具有一定的共性。

4. RH 对于元器件的使用影响 ：

在使用过程中，假如之前有潮气进入器件内部，因为空气中含有 CL离子，容易对器件内部产生腐蚀，若时间过长，加电后有可能引起器件损坏，更有甚者造成整机无法正常运做，如果在要求可靠性比较高的系统中，可能会带来更大的损失。 潮湿还会引起电阻值改变，炭质或薄膜电阻受潮后，其表面的保护层就会变形或脱落。如果潮气渗过漆层就会使阻值改变。潮湿对于元器件的这些影响进而导致设备的灵敏度降低、频率漂移、输出下降，使设备性能变坏。建议用户在板级调试完成后进行预烘干，并喷涂三防漆。

5. 器件存放我们应注意那些问题 ：

电子元件的存放环境也是值得重视的问题，存放前我们应该考虑到对器件进行防潮 .防霉 .防盐雾处理，领取过程中应注意防静电的问题，可以采取防潮柜，防静电包装 .用温湿度计对存放环境进行监视和控制等。具体的存放还得视器件的封装，体积和质量等级等因素决定。

综上所述，相对湿度过高将在测试中对器件敏感参数带来致命的影响，那么，企业应该如何来控制电子产品的存放湿度呢？笔者认为，企业应该着重控制好原料仓库、生产车间、成品仓库的温湿度以及测试间的相对湿度，希望相对湿度这个问题和静电防护一样能够引起制造方和使用方的足够重视。在环境湿度问题方面，本文只做了一些浅显的分析，不足之处请各位专家 . 读者批评指正，在工作中得到航天 771 所总工及各位高工、其它同事、朋友的指导与帮助，在此深表谢意！