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濕度敏感電子元件恢復車間壽命用干燥箱選型問題 |
| 作者：carteman 欄目：通信技術 |
1，干燥箱的應用和選型不當存在的問題 潮濕氣體會透過封裝材料及元器件的接合面進入到IC器件的內部，造成內部電路氧化腐蝕短路，以及組焊接過程中的高溫會使進入IC內部的潮濕氣體受熱膨脹產生壓力，使塑料從芯片或引腳框上的內部分離(脫層)、線捆接損傷、芯片損傷、內部裂紋和延伸到元件表面的裂紋，甚至發(fā)生元件鼓脹和爆裂，又稱為“爆米花”，這將導致組裝件返修甚至報廢。更為重要的是那些看不見的、潛在的缺陷會溶入到產品中去，使產品的可靠性出現(xiàn)問題。其它IC類電子元件，大都也存在潮濕的危害問題。 潮濕對電子元器件的危害，已成為一項非常嚴峻的事情，隨著潮濕敏感性元件使用的增加，諸如薄的密間距元件和球柵陣列，這個問題就越嚴重，對電子產品的品管提出了嚴重的挑戰(zhàn)。 為此，美國電子工業(yè)聯(lián)合會（IPC）和電子元件焊接工程協(xié)會（JEDEC）之間共同研究制定和發(fā)布了 IPC-M-109, 潮濕敏感性元件標準和指引手冊，對電子產品的防潮除濕問題提出和制定了標準，并成為全球電子工業(yè)遵循的標準。 在IPC-M-109中的IPC/JEDEC J-STD-033 潮濕/回流敏感性SMD的處理、包裝、裝運和使用標準中，對在在潮濕空氣之中暴露過的IC，制定了將其放置在RH10%干燥箱中，放置暴露時間10倍的時間，以恢復IC壽命的規(guī)定。于是各電子企業(yè)紛紛計劃購買能將箱內濕度控制在RH10%以下的常溫自動干燥箱（又稱干燥柜、電子干燥箱等名稱）。因此對這種產品的選型問題，就提上了桌面。 由于常溫自動干燥箱屬新興產品，一般用戶對其情況不了解，而易被產品的價格和外觀等表面現(xiàn)象左右，或易受推銷者的誘導，因此在選型上往往難以正確選取。事實上國內各地已有不少用戶在購買后經(jīng)使用感到產品不盡如人意，并集中表現(xiàn)在以下幾個方面： 1，除濕時間長。從RH70-80%左右的室內濕度將到RH10%以下快的要8-12小時以上，慢的3-5天，甚至10天半月，有的就始終濕度下不來。 2，當達到RH10%以后，一旦開門取放物品，室內高濕度空氣進入箱內，干燥箱卻并不能立即開始除濕，而是要經(jīng)過長達約2小時以上的不除濕的“預運行”后，才開始除濕，運行一段時間后又進入不除濕的“預運行”階段，如此反復，經(jīng)長時間的除濕才能又降到RH10%。這對用戶的使用極不方便。迫于無奈，有些用戶只有調整生產節(jié)奏來適應干燥箱的節(jié)奏，或者只有不常用的才放進去作為存儲型使用，或購買多臺干燥箱來解決。而對于想將干燥箱做工具使用的用戶，就達不到購買目的。 3，產品壽命和可靠性問題。有些產品短的才使用幾個月，長的使用兩三年就陸續(xù)出現(xiàn)不除濕的故障。而有些產品使用已長達10年以上，卻仍然工作正常沒有故障。 4， 抗靜電問題。有些產品無抗靜電措施，導致IC受靜電損壞。 根據(jù)上述問題存在的原因，有必要對常溫自動干燥箱這類產品的結構進行分析，找出問題的所在，為用戶產品選型提供科學的決策依據(jù)。 2，常溫自動干燥箱的結構和種類 目前，稱為“電子干燥柜”、“電子干燥箱”“防潮箱”等名稱的常溫自動干燥箱，其除濕原理有制冷式和水分物理分解排除式兩大類。其中，制冷式干燥箱采用半導體制冷片通過將空氣中的水分冷凝結露后排除。國內產品有珠海生產的“惠通”和重慶生產的“活士”牌。由于制冷式干燥箱不能將濕度降到IPC/JEDEC J-STD-033標準所規(guī)定的RH10%以下，因此不在本文討論之例。 水分物理分解排除式干燥箱，在中國最早始見于卡特曼（成都）電子有限公司的專利產品，幾年后有廠家開始效仿，而隨著IPC/JEDEC J-STD-033標準的實施，常溫自動干燥箱近年開始在電子行業(yè)使用并日漸擴展，效仿者也逐漸增加。 水分物理分解排除式干燥箱機電一體化產品，根據(jù)其機械動作產生的動力源，分為記憶合金驅動和微電機驅動兩大類。其動力的用途是驅動干燥箱除濕排潮門的開閉，以實現(xiàn)將箱內濕氣排到箱外的目的。而排潮門能否長期可靠實現(xiàn)開閉功能，是涉及干燥箱產品壽命和可靠性及存放物品的安全性的最重要的關鍵因素。 所謂記憶合金，就是在金屬材料中添加一些鎳鈦合金成分，再拉絲制成螺旋狀成為彈簧。將記憶合金彈簧放進帶加熱器件的鋁管內，再與復位拉簧和拉桿組成連桿運動機構.加熱器通電加熱，于是記憶合金彈簧受熱縮短，逐漸產生拉力，在數(shù)分鐘到十余分鐘左右將除濕器的排潮門拉開排潮。在經(jīng)排潮后計時完畢后，加熱器斷電降溫，記憶合金彈簧降溫冷卻并被復位簧拉長復原，使除濕器的排潮門關閉，除濕器對箱內空氣進行干燥。如此來回反復，達到除濕目的。 記憶合金材料問世雖已有一、二十年, 但目前科學界對其研究和認識仍還遠遠不足。雖已知溫度變化可致使金屬晶相在馬氏體與奧氏體相互轉變過程中會產生某種記憶效應, 但對其原理機制仍未搞清, 很多環(huán)節(jié)還不能用科學的方法讓其重復性再現(xiàn), 至今仍有很多未解的密。 因此記憶合金材料目前還只處以初步實驗性應用階段, 世界各國至今都還沒有關記憶合金的國家或國際標準。 以現(xiàn)在的技術水平, 記憶合金材料還存在很多問題。主要是其特性受時間和環(huán)境因素影響極大。往往不明原因就出現(xiàn)喪失記憶功能，發(fā)生不能收縮的情況。作為驅動除濕器排潮門的動力源, 可靠性不太高。最易產生的故障就是使用一段時間后，干燥箱除濕器排潮門就可能突然不能打開，導致防潮箱不除濕�；蛐谐滩蛔惆腴_半閉, 使箱內外空氣相通，導致箱內濕度上升。特別對開門取放物品頻率高的用戶，記憶合金彈簧頻繁縮短伸長，大大加快了疲勞老化進程。這個問題，目前尚無法克服，這也是一些產品壽命短和可靠性低的根本原因。采用記憶合金驅動的產品還存在一個問題，就是記憶合金彈簧受溫度控制產生縮短或伸長過程是緩慢進行的。冬季開門慢，夏季關門慢，動作行程完成的時間根據(jù)環(huán)境氣溫，大約在數(shù)分鐘到十余分鐘之間。也就是排潮門的開閉運動過程的時間要長達數(shù)分鐘到十余分鐘，而在這么長時間的半開半閉狀態(tài)下，箱外的高濕度空氣就會侵入箱內向箱內加濕。因此加重了除濕工作量和記憶合金彈簧的負擔，也降低了除濕速度。 采用微電機驅動的產品是為解決記憶合金彈簧在壽命和可靠性上的缺陷而設計。按除濕器永不停機的極限工作量，每天開閉排潮門6次來回12個行程計算，每個行程電機轉動約5秒鐘，一天轉動時間合一分鐘，一年合計轉動一小時，10年10小時。而電機的壽命低的以千小時論，高的以萬小時論，因此采用微電機驅動的干燥箱使用十年以上無故障就很正常。因而壽命長，可靠性極高。由于開關門的動作在幾秒鐘內就完成，因此不存在箱外的高濕度空氣侵入箱內問題，與記憶合金相比，除濕更快。 卡特曼早期的產品采用記憶合金作為動力源，后來發(fā)現(xiàn)記憶合金的問題后又改為微電機作為動力源，但最近一年以來由于市場低價競爭的需要，卡特曼在某些產品上又開始采用復記憶合金作為動力源。而其它各效仿廠家的產品一直仍采用記憶合金作為動力源。因此，目前市售常溫自動干燥箱, 是采用記憶合金的產品和采用微電機驅動的產品并存，用戶須仔細分辨。 水分物理分解排除式干燥箱除濕的過程是，當濕度傳感器檢測到箱內濕度高于用戶控制設定的要求時，通過控制執(zhí)行機構啟動除濕工作，首先，向除濕器干燥盒內的電熱元件供電加熱，并同時驅動開放排潮門， 使干燥盒已有的水分蒸發(fā)為氣態(tài)，通過排潮門逸出排到箱外。經(jīng)數(shù)十分鐘排潮后，定時計數(shù)完畢，停止供電，進入降溫階段。降溫時間根據(jù)除濕器大小，各廠機型不同和冬夏氣溫不同而有差異。約在數(shù)十分鐘至一個小時左右。在加熱和降溫時間段除濕器是不除濕的。這兩個階段合并又稱為“預運行”階段，時間約在一個半到兩個小時左右。當降溫完畢，排潮門自動對外關閉，使干燥盒對箱內開放，即進入干燥時間短。隨著干燥時間過程的進行，箱內空氣水分不斷轉移到干燥盒內，箱內濕度就不斷降低。當干燥過程進行到一定的時間，除濕器排潮門又自動對內關閉，對外開放，加熱器加熱，水分排除。。。。。。如此周而復始，直到箱內濕度達到用戶控制的設定值，則干燥箱進入停機待命狀態(tài)。一旦因開門或自然滲透等因素使箱內濕度上升超過用戶控制設定值，則又從頭開始循環(huán)。干燥時間過程，根據(jù)各廠機型不同，除濕器大小不同，濕度要求不同而有差異，大致在1-3個小時左右。用“預運行”時間和除濕時間進行比較，約有1/3到1/2左右的時間不能除濕。因此，此類干燥方式的機型屬間隙式除濕機型。根據(jù)不同廠家的產品，空箱測試，從RH70%左右的室內濕度降到RH10%以下，快的要6-12小時以上，慢的3-5天，甚至達10天半月之久的也有。總而言之，此類產品除濕速度較慢。 此外，卡特曼新近還投產有一種連續(xù)除濕機型。這種機型工作時沒有不除濕的“預運行”過程，隨時都處于除濕狀態(tài)。除濕速度快，是卡特曼的獨家生產的產品。市售的常溫自動干燥箱，除了卡特曼公司的“卡特曼（CARTEMAN） ULD系列”產品屬于連續(xù)除濕機型外,其余均屬間隙除濕式的機型。 3，符合IPC/JEDEC J-STD-033標準的常溫自動干燥箱選型的要點 |
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