对电子元件进行合适的保护，以延长使用寿命

许多关键应用要求设备必须运行很长时间，甚至几十年。对于航空航天、国防、能源和医疗行业来说尤其如此。为了保持设备正常运行，必须在其整个生命周期内持续供应组件。解决此问题的一个方法是在生产结束后长期存储半导体组件。此解决方案可让您在设备的整个使用寿命期间持续供应组件。

长期耐用

如果没有组成电子设备的零部件，电子设备就无法正常运转。设计和材料的快速变化、零部件的生命周期太短以及新产品的上市速度比以往任何时候都快，这些都给公司带来了挑战。迅速进入市场的新产品可能会造成产品之间兼容性的未知数。这可能会导致维护和维修问题，以及企业的额外成本。零部件的生命周期太短会使备件供应出现问题。

就像任何其他产品一样，所有电子元件都有自己的保质期，许多公司存储它们的时间比制造商建议的要长。长期存储阶段和仓库管理起着相当关键的作用，因为电子元件被认为与化学品和食品同等重要。如今，公司有义务遵守某些环境条件，这些条件由精确的规则和协议控制。良好的存储实践是一种最佳解决方案，它不会导致电子元件的性能下降，从而使其相对的机械和电气性能能够随着时间的推移保持不变。

在日益由消费者驱动的世界里，半导体组件制造商正在选择更短的产品寿命。然而，许多应用要求设备运行数十年，这使得供应的连续性成为一项重大挑战。一种广泛实施的解决方案是将半导体长期储存，即使在最终生产后也是如此。为了开发新的保存技术，许多公司进行测试(见图 1)以确定长期储存对组件的影响。这些测试涉及从不同型号随机抽取的组件样本。正确储存的组件通常不会出现老化或变质的迹象，并且可以长时间保持其内部和外部的完整性和可焊性。如果保存得当，设备不会出现明显的腐蚀或破损迹象。这些结果表明，半导体元件可以有效地存储更长的时间，甚至超过制造商规定的日期。

长期保存涉及保护电子元件和PCB长时间保存以保持其功能完整性。在电子行业，计算电子元件的正确保质期非常复杂，因为时间比食品等产品要长得多。但是，根据所需的保存时间间隔，相关技术可能会有很大不同。最新一代的保存过程虽然质量很高，但并不能保证奇迹。目前，绝对的完美是无法实现的。例如，电池和静态能量发生器通常就是这种情况。目前，没有办法让储存在仓库中的电池使用时间更长，经过一段时间后，它们注定会被丢弃。然而，采用适当的保护技术可确保电子元件多年保持良好状态。

图 1：广泛的 X 射线测试可发现最小的缺陷。(来源：罗彻斯特电子)

潜在问题

如上所述，电子元件的保质期是指其在不失去功能的情况下可以存放的时间。经过一段时间后，该元件可能会变得无法使用，或者相反，它可能会继续正常工作，产品仍然可以完美使用。电子元件的长期保存是一个复杂的问题，不能掉以轻心，因为时间的流逝不可避免地会影响物质的所有物理和化学现象。

氧化和湿度等多种因素可能会改变器件的分子结构。为了长期保存电子元件，必须采取适当措施保护元件免受多种因素的影响。没有单一的解决方案，但使用多种方法可以取得良好的效果。

一种策略是将元件存放在干燥、凉爽的环境中，相对湿度应非常低。将电子元件存放在低温环境中(通常在 10°C 至 20°C 之间)也非常有利。研究人员更喜欢在无氧环境中进行此类长期存储操作，甚至使用密封或充满惰性气体的容器。

污染也是一个不容小觑的大问题。静电荷可能会给存储的设备带来严重问题。因此，环境必须与外界电气隔离，还要考虑低频和高频电磁辐射。灰尘也会损害电子产品的完整性。因此，应将组件存放在极其干净、无尘的环境中，并定期检查是否有任何变化。

产品的保质期取决于一系列难以预测的变量，包括热量、机械应力和湿度。然而，客观事实是，如果产品储存正确，并遵循极其谨慎的程序，其保质期可以大大延长。产品的储存环境对其维护具有决定性影响，因此是该领域需要考虑的主要因素之一。因此，必须将组件存放在黑暗中，因为即使是紫外线也会改变它们。这也是为什么必须使用合适且耐用的包装材料，不含可能对电子元件健康产生负面影响的化学物质，即使成本可能会大幅增加的众多原因之一。事实上，普通的纸板箱不适合此目的，因此必须使用特定的。

一个始终存在的问题就是污染，这可能是由于附近物体的气体排放而引起的。因此，电子元件应单独存放，附近不应有其他产品。

PCB 也会随着时间的推移而变质。不仅导电路径会随着时间的推移而发生变化，而且基板甚至会经历老化过程。长期保存 PCB 的有用技术之一是真空密封以消除空气的存在。

长期储存后，如果保存过程不完美，电子元件的可焊性可能会带来一些风险。但如果公司严格遵守所有储存程序，暴露后产生的任何(还原)氧化都不会影响元件的可焊性，因此不会受到长期储存的负面影响。

多年来可能出现的另一个问题是扩散(见图 2)，这是一个物理过程，在此过程中，由于原子或分子的自主热运动，至少两种或多种物质以越来越快的速度混合。由于热运动，颗粒浓度的差异会减小，直到完全混合。例如，铜基板材料可能会扩散到锡中，形成一种全新的青铜状材料。在这些情况下，焊接不再可能，因为熔点要高得多，锡不再能够粘合。扩散总是由于温度而发生的。

图 2：随时间推移的扩散问题(来源：HTV Halbleiter-Test & Vertriebs-GmbH)

电子元件的老化方法不仅取决于所采用的保护方法，还取决于元件的类型。最精密的元件可能是电解电容器和电池。它们显然会由于内部电阻而放电，但最大的问题是它们的内部会随着时间的推移而干涸。电阻器是非常坚固的元件，在一些仓库中，甚至在工作设备中，可以观察到这种元件即使超过 100 年也能完美地工作。半导体(二极管和晶体管) 几乎不受老化的影响，只要将它们存放在阴凉的地方。一般来说，电子元件不应长时间接触电流或通电，因为浪涌电流会损坏它们。因此，仓库必须存放全新且从未使用过的元件。与分立元件相比，集成电路是最脆弱的，因为它们很容易因氧化和潮湿而发生改变，从而导致逐渐但不可避免的退化。

平均无故障时间

平均故障间隔时间 (MTBF) 是一个参数，表示设备在多次故障之间的平均运行时间，是电子行业最常用的性能指标之一，因为它可以衡量设备和电子元件的可靠性水平。该参数基于数据的收集和分析，旨在准确描述电子元件的行为及其在特定操作条件下执行所需功能的能力的可靠性。通过计算此参数，可以设计预防性维护计划，帮助在潜在问题发生之前解决它们。MTBF 提供了两次故障之间平均预期时间的可靠评估，即一次故障发生与下一次故障发生之间的时间间隔。该参数的计算涉及部件的总运行时间与同一时间段内发生的总故障次数之间的比率。一般公式如下：

当检查时间越长，发生故障的次数越多时，MTBF 参数的计算就越复杂。它与“寿命”参数密切相关，寿命是指电子元件在承受技术数据表中规定的最大应力的情况下仍能保持运行的总时间，超过该时间制造商将不再保证正常运行条件。图 3 显示了基于工作温度的电解电容器寿命的一个非常通用的例子。

图 3：基于温度的电解电容器寿命图

长期存储是长寿命应用的可行解决方案。组件可以有效地存储多年，确保供应的连续性并弥补供应链中断。但是，重要的是要记住，所有原材料，即使是简单存储，迟早都会腐烂。因此，采取措施减轻组件退化非常重要，例如使用最佳存储条件和定期维护。关于最佳存储条件，组件必须存储在受控环境中，并保持恒定的温度和湿度。在定期维护方面，必须定期检查组件以发现任何问题或退化的迹象。通过采取这些措施，即使在长期存储中，组件状态也可以安全地保存多年。