【案例1.6】在電子產(chǎn)品測(cè)試中與濕度有關(guān)的問(wèn)題

本案例討論與濕度有關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目。

【討論】

ESD（Electronic State Discharge，靜電放電）敏感度測(cè)試是EMC測(cè)試中的一個(gè)重要測(cè)試項(xiàng)目。

濕度對(duì)ESD有較大影響。相對(duì)濕度越低，越容易積累靜電。在IEC 61000-4-2的附錄A中，提到了相對(duì)濕度和可 能產(chǎn)生的靜電電壓的關(guān)系（見(jiàn)圖1.15），正好可以說(shuō)明這一點(diǎn)，所以，在EMC測(cè)試中，需考慮設(shè)備工作環(huán)境濕度的因素，濕度越低，越容易積累靜電，越需要加強(qiáng)靜電相關(guān)測(cè)試。

可以看出，當(dāng)相對(duì)濕度比較低，靜電電壓會(huì)達(dá)到15kV。所以在ESD測(cè)試中，會(huì)專門(mén)有一個(gè)測(cè)試級(jí)別，是對(duì)空氣放電15KV時(shí)設(shè)備的靜電敏感度進(jìn)行測(cè)試。

那么針對(duì)電子設(shè)備的測(cè)試，高濕度環(huán)境是否需要特別考慮呢?

濕度越高，電子遷移能力越強(qiáng)。腐蝕度越高，更容易觸發(fā)電介質(zhì)擊穿等故障。所以在系統(tǒng)強(qiáng)化測(cè)試時(shí)，高濕度常常會(huì)伴隨著高溫一起進(jìn)行。很多產(chǎn)品，都會(huì)按照雙85測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（環(huán)境溫度為85℃,相對(duì)濕度為85%）加入一項(xiàng)系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目，意義正在于此。例如，若電路板上存在本研發(fā)團(tuán)隊(duì)從未用過(guò)的Flash存儲(chǔ)器（包括Nor Flash和Nand Flash），高溫、高濕測(cè)試通常就是一項(xiàng)必備的測(cè)試。

對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品而言，一般是不進(jìn)行高溫度低濕度測(cè)試的。低濕度對(duì)設(shè)備的影響，大多數(shù)情況下，是通過(guò)ESD敏感度測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。

【擴(kuò)展1】

在討論環(huán)節(jié)中提到的雙85測(cè)試，是一種加速測(cè)試方式。某些產(chǎn)品，本身工作環(huán)境既不會(huì)出現(xiàn)85℃的環(huán)境溫度，也不會(huì)出現(xiàn)85%的相對(duì)濕度，那么做雙85測(cè)試是否還有意義呢？因?yàn)檫@種高溫、高濕的測(cè)試方式，可以大幅度縮短測(cè)試所需時(shí)間，所以雙85測(cè)試仍然有重要的意義。

以高濕度測(cè)試為例。例如，設(shè)備真實(shí)工作環(huán)境的相對(duì)濕度為50%,在85%的相對(duì)濕度條件下進(jìn)行測(cè)試，可以采用Hallberg-Peck模型，其公式為

式中，AF為濕度加速因子；RHa為加速測(cè)試中采用的相對(duì)濕度；RHu為真實(shí)工作環(huán)境中的相對(duì)濕度；n為常數(shù)系數(shù)，一般取2.5～3。

取n=2.5，將RHa=85%、RHu=50%代入公式，可以算出濕度加速因子AF=3.7。其含義是，從可靠性驗(yàn)證的角度看，在85%相對(duì)濕度條件下進(jìn)行1h的測(cè)試，等效于在50%相對(duì)濕度條件下進(jìn)行3.7h的測(cè)試。

【擴(kuò)展2】

溫度測(cè)試也可實(shí)現(xiàn)加速測(cè)試。

對(duì)于許多高可靠性產(chǎn)品，需驗(yàn)證它們?cè)谀硿囟葪l件下的壽命數(shù)據(jù)，直接在該溫度條件下進(jìn)行數(shù)年的測(cè)試是不現(xiàn)實(shí)的，因此壽命測(cè)試一般都會(huì)采用溫度加速。其方式是，基于Arrhenius加速模型計(jì)算得到的溫度加速因子，在一個(gè)更高的溫度，以更短的時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，再輔以多個(gè)測(cè)試樣本下概率分布的考慮，基于某低于100%的置信度值（如壽命測(cè)試中常用的90%或60%置信度），測(cè)試時(shí)間可以大幅度縮短。例如，可以把本該進(jìn)行數(shù)年的可靠性壽命驗(yàn)證，壓縮到數(shù)周之內(nèi)完成。這樣的測(cè)試過(guò)程，有數(shù)學(xué)理論依據(jù)，也被業(yè)內(nèi)各大公司認(rèn)可。

針對(duì)濕度，需考慮元器件的濕度敏感等級(jí)（Moisture Sensitivity Level，MSL）。MSL分為若干級(jí)，即MSL-1～MSL-6。通過(guò)MSL，廠家對(duì)元器件的包裝、運(yùn)輸、傳送等環(huán)節(jié)提出了建議和要求。根據(jù)J-STD-020C標(biāo)準(zhǔn)，MSL有表1.2所列級(jí)別。根據(jù)對(duì)應(yīng)級(jí)別的要求，在包裝袋打開(kāi)后，元器件必須在規(guī)定的時(shí)間（稱為車間壽命）內(nèi)完成再流焊。

一部分元器件的MSL等級(jí)，可以在元器件手冊(cè)上查到，但也有一些器件的MSL等級(jí)并不列在手冊(cè)中，需要登錄廠家官網(wǎng)下載，也可聯(lián)系廠家獲取。

需注意的是，表格中的“車間壽命”指累計(jì)時(shí)間。

例如，元器件密封包裝袋拆開(kāi)后，使用了部分元器件后，剩余元器件重新密封放入干燥包裝袋內(nèi)，過(guò)一段時(shí)間后，再拆封使用剩余元器件，則這兩次拆封后的時(shí)間，需累計(jì)起來(lái)，不得超過(guò)對(duì)應(yīng)MSL等級(jí)的車間壽命。也就是說(shuō)，只要元器件暴露在密封干燥袋之外，時(shí)間就需要累計(jì)，確?？傑囬g壽命不超過(guò)規(guī)定的限值。

若無(wú)法保證以上條件，如環(huán)境濕度較高，選型時(shí)就應(yīng)盡量選擇 MSL-1 級(jí)別的元器件，或在焊接前進(jìn)行高溫烘烤。

以上案例來(lái)自電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域知名專家-王老師《高速電路設(shè)計(jì)進(jìn)階》著作內(nèi)容其一案例！