原创 元器件第005篇 潮湿敏感性 潮敏等级标准

[初次发表 23-10-27  最后编辑：23-10-28]

重点关注发光二极管、光耦。

塑封集成电路过去有潮敏问题，近5年已几乎绝迹，可认为潮湿不敏感，MSL=1。

潮湿指电子元器件周围环境中气态水的含量。露点温度以上的环境中，气态水无处不在，注意区别于水汽。描述潮湿程度可以用相对湿度和绝对含水量两种方法。相对湿度（RH）是实际含水量与饱和含水量的比值，与环境温度强相关。绝对含水量是空气中气态水的体积占比，与温度无关。

最初的集成电路用陶瓷封装。陶瓷材料非常致密，用陶瓷做成的封装可以完全隔绝内外气体扩散，因此称为密合封装（Hermetic Package）。陶瓷封装电子元器件可以在潮湿环境下长期储存和工作，在航空航天和军用产品中有广泛应用。除了陶瓷，玻璃密合封装也可以达到相似的防潮性能。

密合封装内部并不是真空的，而我们知道，只要有空气存在，就含有气态水。实践中，陶瓷封装需要在环境绝对含水量 5% 的条件下制造，才可以确保内部残留的空气在露点温度时不至于形成凝露和冰晶。

当今绝大部分电子元器件采用塑料封装。

塑封材料由环氧树脂、微米级玻璃珠、炭黑、脱模剂共同组成。环氧树脂是一种大分子聚合物，这种有机物分子因为结构的原因会带电，因此容易和水分子结合，表现为亲水性。此外，塑封材料的密度比不上陶瓷，在潮湿环境下存放电子元器件，气态水会扩散进入塑封体。

如果塑封体内部存在缝隙、孔洞，气态水会积聚，容易形成液态水。这会产生 3 方面的失效风险。

• “爆米花”效应。在承受高于水的沸点温度的高温时，液态水气化，体积迅速膨胀，会涨破塑封体。
• 化学迁移。如果塑封体内部清洗不彻底，存在钠、氯等离子（封装工艺中经常遇到），那么会形成原电池，发生化学迁移。
• 电化学迁移。在通电工作的情况下，有电位差的区域之间形成电化学腐蚀的条件。

容易受潮湿环境影响的器件，被称为潮湿敏感器件（MSD，Moisture Sensitive Device），简称潮敏器件。IPC 和 JEDEC 组织联合发布了两份标准来规范潮湿敏感的描述。这两份标准可以免费获得。

• J-STD-020 标准，描述和分级量化半导体集成电路的潮湿敏感特性
• J-STD-033 标准，烘干处理规范

已经受潮或者可能受潮的电子元器件，需要通过低温烘烤的方法让含水量恢复到安全范围。

潮湿敏感的电子元器件，从制造商传递给 PCBA 装配者的时候，一定要记得复查一下保存条件。在进行失效分析的时候，也可以从水的问题出发来扩展思路。

Ref:

萧献斌. 实用IC封装. 台湾五南出版社. 2015