湿气对传感器元件的影响及防潮、除潮方案

湿气如何影响 传感器敏感元件？

随着湿气扩散，传感器敏感元件上接触湿气的元件或导电通路不同，可能引发多种功能故障。湿气会在环氧玻璃、树脂、玻璃界面及板件裂纹中滋生，常见问题包括电路速度变慢、设备功能延迟；若问题超出一定限度，设备可能直接无法启动。

相关测试表明，传感器敏感元件存在吸湿与脱湿效应：在带有不同密度过孔的 PCB 中，截留的湿气会因孔间距不同而呈现不同脱湿速率；高饱和度的 PCB 在高温环境下，脱湿过程可能需要数百小时。

若传感器敏感元件所处环境的大气湿压超过板件及元件的耐受度，湿气就会渗透进入。为防止湿气导致的分层，焊接操作需满足以下条件：高温焊接（约 260 摄氏度）时，PCB 含水率需低于 0.1%；低温焊接（约 230 摄氏度）时，含水率需低于 0.2%。

湿气为何会进入传感器敏感元件内部？

常见途径

1. 冬季冷空气接触：低温环境下，空气中的热量不足以容纳湿气，湿气会在冷表面凝结。若传感器敏感元件所在设备表面温度低于空气温度，就会像冬季窗户起雾一样，成为湿气凝结的 “载体”。
2. 组装过程：组装时，空气中的水汽颗粒可能落在传感器敏感元件表面；若焊接前水汽扩散至层间，会导致传感器敏感元件出厂即存在缺陷。即便后续采取除湿措施，也可能让板件面临更多湿气暴露风险。
3. 烘烤操作：作为常见的除湿手段，烘烤过程中也可能出现湿气膨胀 —— 升温时，传感器敏感元件 内部湿气分子会瞬间膨胀，虽大部分最终会被排出，但瞬时膨胀可能导致湿气不可逆地扩散至更深层。

湿气是传感器的“隐形杀手”，会导致短路、精度下降甚至永久性损坏。避免湿气进入传感器需从设计防护、工艺处理、使用维护三方面综合施策，核心是构建“物理阻隔+主动管理”的双重防线。以下是具体方案:

一、设计阶段:从源头阻断湿气路径

1.高等级IP防护设计

IP等级选择:根据应用场景选择防水等级，如户外/水下场景需IP67及以上(完全防尘，可短时间浸水)，潮湿工业环境建议IP65(防喷水)。

密封结构优化:采用螺纹密封、0型圈、激光焊接等工艺，确保外壳缝隙(如接口、按钮)完全封闭。例如，磁致伸缩位移传感器通过多层密封圈+螺母紧固，阻断水分沿螺纹渗入。

2.透气不透水的膜技术

防水透气膜:在传感器进气口或外壳上加装ePTFE(膨体聚四氟乙烯)膜，允许气体通过但阻挡液态水和湿气。例如，气体检测仪的传感器头部覆盖透气膜，既能让目标气体进入，又能隔绝雨水和冷凝水。

防尘防水膜组合:恶劣环境(如高湿+粉尘)需叠加防尘膜，防止灰尘堵塞透气孔，同时保持透气性。

3.内部防潮结构

干燥剂内置:在传感器腔体内放置蒙脱石干燥剂或分子筛，吸收残留湿气。例如，温湿度传感器内部常封装干燥剂，控制腔体内湿度<40%RH。

疏水涂层:对电路板(PCB)和元件表面喷涂纳米疏水涂层(如聚对二甲苯、氟化涂层)，形成分子级防护膜，阻止湿气附着和渗透。

二、工艺制造:强化内部防护能力

1.纳米镀膜技术替代传统防护:采用PECVD纳米镀膜(比头发丝细10万倍)，在传感器芯片、电路板表面形成均匀防护层，同时解决防水、防盐雾、绝缘问题。例如，经纳米镀膜的传感器在150℃高温油中浸泡1350小时仍性能稳定。

优势:相比灌封(环氧树脂)，纳米镀膜更轻薄(不影响散热)、易维修(无需破坏封装)，且成本降低约20%。

2.灌封与密封工艺

柔性灌封材料:对敏感元件(如应变计MEMS芯片)使用硅凝胶灌封，兼具密封性和缓冲性，避免热胀冷缩导致的裂缝。例如，汽车空气流量传感器采用自修复硅凝胶，轻微损伤可自动恢复。

真空密封:对高精度传感器(如光学传感器)采用玻璃-金属焊接+环氧树脂密封，创造气密环境，阻止湿气渗透。

三、使用维护:动态管理湿气风险

1.定期检查与校准

防潮维护:每3-6个月清洁传感器表面，检查密封圈是否老化、透气膜是否堵塞。例如，称重传感器需定期打开外壳，更换干燥剂并测试应变计绝缘电阻(应>5000MΩ)。

湿度补偿:在高湿环境下，通过算法对传感器数据进行湿度补偿(如温湿度传感器根据环境湿度修正读数)，或增加校准频率(如气体检测仪从每月1次改为每两周1次)。

2.环境隔离与辅助设备

防护罩/外壳:为传感器加装防水防护罩(如塑料或不锈钢材质)，阻挡雨水、喷淋水直接接触。例如，户外温湿度传感器安装在带遮阳板的防水箱内，同时预留通风孔。

远程监测:将传感器核心部件(如电路板)置于干燥环境，通过无线传输模块(如LoRa蓝牙)远程采集数据，减少湿气暴露。

四、新兴技术:主动防潮与智能预警

1.自修复材料

采用自修复硅凝胶或形状记忆聚合物，当防护层出现微小裂缝时，材料可自动填充修复，持续阻挡湿气。例如，某工业机器人传感器使用自修复凝胶后，盐雾环境下的寿命从3个月延长至2年。

2.湿气监测与预警

在传感器内部集成微型湿度传感器，实时监测腔体内湿度，当超过阈值(如>60%RH)时触发报警，提醒用户及时维护。例如，部分高端压力传感器内置湿度监测芯片，可通过APP推送防潮提醒。