如何保护电子元器件以延长生命周期

在电子电力领域，许多关键应用要求设备必须运行很长一段时间，甚至几十年。尤其是对于航空航天、国防、能源和医疗行业方面而言，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。

那么，如何保护电子元器件以延长生命周期，解决这个问题的一种方法是在生产结束后长期储存半导体元件。该解决方案使您能够在设备的整个使用寿命期间持续供应组件。

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电子设备如果没有组成它们的组件就无法运行。设计和材料的快速变化、组件生命周期过短以及新产品比以往更快地推向市场，这些都给公司带来了挑战。迅速引入市场的新产品可能会导致产品之间的兼容性未知。这可能会导致维护和维修问题，以及企业的额外成本。组件生命周期太短可能会导致备件的可用性出现问题。

与任何其他产品一样，所有电子元件都有自己的保质期，许多公司的储存时间比制造商建议的时间长。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由精确规则和协议控制的环境条件。良好的存储实践是一种最佳解决方案，不会导致电子元件退化，从而使它们的相对机械和电气性能能够随着时间的推移保持恒定。

图1

在日益由消费者驱动的世界里，半导体零部件制造商正在选择寿命较短的产品。然而，许多应用要求设备运行数十年，这使得供应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保存，即使在最终生产之后也是如此。

为了开发新的保存技术，许多公司进行测试(见图 1)以确定长期保存对组件的影响。这些测试涉及来自不同模型的组件的随机样本。正确存放的元件通常不会出现老化或变质的迹象，并且可以长期保持其内部和外部的完整性和可焊性。如果保存完好，这些设备没有明显的腐蚀或破损迹象。

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，使用适当的保护技术可确保电子元件多年保持良好状态。

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如前所述，电子元件的保质期是指其在不丧失其功能的情况下可以储存的时间。一段时间后，该组件可能变得无法使用，或者相反，它可以继续正常工作，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，不能轻易解决，因为时间的无情流逝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，有必要采取适当的措施来保护元件免受多种因素的影响。没有单一的解决方案，但良好的结果是使用多种方法的结果。

图2

一种策略是将组件存储在干燥、凉爽的环境中，相对湿度应非常低。在低温环境(一般在10℃到20℃之间)储存电子元件也非常有利。研究人员更喜欢在无氧环境中进行这种长期储存操作，甚至使用密封或填充惰性气体的容器。

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，并极其小心地遵循程序，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，必须将这些成分储存在黑暗中，因为即使是紫外线辐射也会改变它们。这也是必须使用合适且耐用的包装材料的众多原因之一，即使成本可能大幅增加，但不含可能对电子元件的健康产生负面影响的化学物质。事实上，常见的纸箱是

始终存在的问题之一是污染，这可能是由于附近物体排放的气体造成的。因此，电子元件应单独存放，附近不得有其他产品。

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PCB 也会随着时间的推移而恶化。多年来，不仅导电路径会发生变化，而且基板甚至会暴露在老化过程中。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。

电子元件在长期储存后，如果保存过程没有得到完美的执行，可能会带来一些可焊性风险。但如果公司仔细遵循所有存储程序，暴露后发生的任何(减少的)氧化都不会影响组件的可焊性，因此长期存储不会对可焊性产生负面影响。

图3

多年来可能出现的另一个问题是扩散(见图3)，这是一种物理过程，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不断增加的速度混合。由于热运动，颗粒浓度差异减小，直到发生完全混合。

例如，铜基材材料可以扩散到锡中，形成一种全新的类青铜材料。在这些情况下，焊接不再可能，因为熔点高得多并且锡不再能够粘合。扩散总是因温度而发生。

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。

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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设备的可靠性水平，成分。该参数基于数据的收集和分析，旨在精确描述电子元件的行为及其在某些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 提供了对两次故障之间的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。该参数的计算涉及到某个部件的总运行时间与同一时期内发生的故障总数之间的比率。通用公式如下：

当检查的时间段越长、可能发生的故障越多时，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可以保持运行的总时间，在此之后制造商不再保证正常的运行条件。图4显示了电解电容器的寿命(基于其工作温度)的一个非常通用的示例。

图4

长期存储是长寿命应用的可行解决方案。组件可以有效存储多年，确保供应的连续性并消除供应链中断。然而，重要的是要记住，所有原材料，即使只是简单储存，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，组件必须存储在温度和湿度恒定的受控环境中。

在定期维护方面，必须定期检查组件以识别任何问题或退化迹象。通过采取这些措施，即使在长期储存中，部件状况也可以安全保存多年。