【案例1.6】在电子产品测试中与湿度有关的问题

【案例1.6】在电子产品测试中与湿度有关的问题

 

       本案例讨论与湿度有关的测试项目。

       【讨论】

       ESD（Electronic State Discharge，静电放电）敏感度测试是EMC测试中的一个重要测试项目。

       湿度对ESD有较大影响。相对湿度越低，越容易积累静电。在IEC 61000-4-2的附录A中，提到了相对湿度和可  能产生的静电电压的关系（见图1.15），正好可以说明这一点，所以，在EMC测试中，需考虑设备工作环境湿度的因素，湿度越低，越容易积累静电，越需要加强静电相关测试。
 

       可以看出，当相对湿度比较低，静电电压会达到15kV。所以在ESD测试中，会专门有一个测试级别，是对空气放电15KV时设备的静电敏感度进行测试。

       那么针对电子设备的测试，高湿度环境是否需要特别考虑呢?

       湿度越高，电子迁移能力越强。腐蚀度越高，更容易触发电介质击穿等故障。所以在系统强化测试时，高湿度常常会伴随着高温一起进行。很多产品，都会按照双85测试标准（环境温度为85℃,相对湿度为85%）加入一项系统测试项目，意义正在于此。例如，若电路板上存在本研发团队从未用过的Flash存储器（包括Nor Flash和Nand Flash），高温、高湿测试通常就是一项必备的测试。

       对于大多数产品而言，一般是不进行高温度低湿度测试的。低湿度对设备的影响，大多数情况下，是通过ESD敏感度测试进行验证。

       【扩展1】

       在讨论环节中提到的双85测试，是一种加速测试方式。某些产品，本身工作环境既不会出现85℃的环境温度，也不会出现85%的相对湿度，那么做双85测试是否还有意义呢？因为这种高温、高湿的测试方式，可以大幅度缩短测试所需时间，所以双85测试仍然有重要的意义。

       以高湿度测试为例。例如，设备真实工作环境的相对湿度为50%,在85%的相对湿度条件下进行测试，可以采用Hallberg-Peck模型，其公式为

       式中，AF为湿度加速因子；RHa为加速测试中采用的相对湿度；RHu为真实工作环境中的相对湿度；n为常数系数，一般取2.5～3。

       取n=2.5，将RHa=85%、RHu=50%代入公式，可以算出湿度加速因子AF=3.7。其含义是，从可靠性验证的角度看，在85%相对湿度条件下进行1h的测试，等效于在50%相对湿度条件下进行3.7h的测试。

       【扩展2】

       温度测试也可实现加速测试。

       对于许多高可靠性产品，需验证它们在某温度条件下的寿命数据，直接在该温度条件下进行数年的测试是不现实的，因此寿命测试一般都会采用温度加速。其方式是，基于Arrhenius加速模型计算得到的温度加速因子，在一个更高的温度，以更短的时间进行测试，再辅以多个测试样本下概率分布的考虑，基于某低于100%的置信度值（如寿命测试中常用的90%或60%置信度），测试时间可以大幅度缩短。例如，可以把本该进行数年的可靠性寿命验证，压缩到数周之内完成。这样的测试过程，有数学理论依据，也被业内各大公司认可。

       针对湿度，需考虑元器件的湿度敏感等级（Moisture Sensitivity Level，MSL）。MSL分为若干级，即MSL-1～MSL-6。通过MSL，厂家对元器件的包装、运输、传送等环节提出了建议和要求。根据J-STD-020C标准，MSL有表1.2所列级别。根据对应级别的要求，在包装袋打开后，元器件必须在规定的时间（称为车间寿命）内完成再流焊。

       一部分元器件的MSL等级，可以在元器件手册上查到，但也有一些器件的MSL等级并不列在手册中，需要登录厂家官网下载，也可联系厂家获取。

       需注意的是，表格中的“车间寿命”指累计时间。

       例如，元器件密封包装袋拆开后，使用了部分元器件后，剩余元器件重新密封放入干燥包装袋内，过一段时间后，再拆封使用剩余元器件，则这两次拆封后的时间，需累计起来，不得超过对应MSL等级的车间寿命。也就是说，只要元器件暴露在密封干燥袋之外，时间就需要累计，确保总车间寿命不超过规定的限值。

       若无法保证以上条件，如环境湿度较高，选型时就应尽量选择 MSL-1 级别的元器件，或在焊接前进行高温烘烤。

 

 

       以上案例来自电路设计领域知名专家-王老师《高速电路设计进阶》著作内容其一案例！