【案例1.6】在電子產品測試中與濕度有關的問題

本案例討論與濕度有關的測試項目。

【討論】

ESD（Electronic State Discharge，靜電放電）敏感度測試是EMC測試中的一個重要測試項目。

濕度對ESD有較大影響。相對濕度越低，越容易積累靜電。在IEC 61000-4-2的附錄A中，提到了相對濕度和可 能產生的靜電電壓的關系（見圖1.15），正好可以說明這一點，所以，在EMC測試中，需考慮設備工作環境濕度的因素，濕度越低，越容易積累靜電，越需要加強靜電相關測試。

可以看出，當相對濕度比較低，靜電電壓會達到15kV。所以在ESD測試中，會專門有一個測試級別，是對空氣放電15KV時設備的靜電敏感度進行測試。

那么針對電子設備的測試，高濕度環境是否需要特別考慮呢?

濕度越高，電子遷移能力越強。腐蝕度越高，更容易觸發電介質擊穿等故障。所以在系統強化測試時，高濕度常常會伴隨著高溫一起進行。很多產品，都會按照雙85測試標準（環境溫度為85℃,相對濕度為85%）加入一項系統測試項目，意義正在于此。例如，若電路板上存在本研發團隊從未用過的Flash存儲器（包括Nor Flash和Nand Flash），高溫、高濕測試通常就是一項必備的測試。

對于大多數產品而言，一般是不進行高溫度低濕度測試的。低濕度對設備的影響，大多數情況下，是通過ESD敏感度測試進行驗證。

【擴展1】

在討論環節中提到的雙85測試，是一種加速測試方式。某些產品，本身工作環境既不會出現85℃的環境溫度，也不會出現85%的相對濕度，那么做雙85測試是否還有意義呢？因為這種高溫、高濕的測試方式，可以大幅度縮短測試所需時間，所以雙85測試仍然有重要的意義。

以高濕度測試為例。例如，設備真實工作環境的相對濕度為50%,在85%的相對濕度條件下進行測試，可以采用Hallberg-Peck模型，其公式為

式中，AF為濕度加速因子；RHa為加速測試中采用的相對濕度；RHu為真實工作環境中的相對濕度；n為常數系數，一般取2.5～3。

取n=2.5，將RHa=85%、RHu=50%代入公式，可以算出濕度加速因子AF=3.7。其含義是，從可靠性驗證的角度看，在85%相對濕度條件下進行1h的測試，等效于在50%相對濕度條件下進行3.7h的測試。

【擴展2】

溫度測試也可實現加速測試。

對于許多高可靠性產品，需驗證它們在某溫度條件下的壽命數據，直接在該溫度條件下進行數年的測試是不現實的，因此壽命測試一般都會采用溫度加速。其方式是，基于Arrhenius加速模型計算得到的溫度加速因子，在一個更高的溫度，以更短的時間進行測試，再輔以多個測試樣本下概率分布的考慮，基于某低于100%的置信度值（如壽命測試中常用的90%或60%置信度），測試時間可以大幅度縮短。例如，可以把本該進行數年的可靠性壽命驗證，壓縮到數周之內完成。這樣的測試過程，有數學理論依據，也被業內各大公司認可。

針對濕度，需考慮元器件的濕度敏感等級（Moisture Sensitivity Level，MSL）。MSL分為若干級，即MSL-1～MSL-6。通過MSL，廠家對元器件的包裝、運輸、傳送等環節提出了建議和要求。根據J-STD-020C標準，MSL有表1.2所列級別。根據對應級別的要求，在包裝袋打開后，元器件必須在規定的時間（稱為車間壽命）內完成再流焊。

一部分元器件的MSL等級，可以在元器件手冊上查到，但也有一些器件的MSL等級并不列在手冊中，需要登錄廠家官網下載，也可聯系廠家獲取。

需注意的是，表格中的“車間壽命”指累計時間。

例如，元器件密封包裝袋拆開后，使用了部分元器件后，剩余元器件重新密封放入干燥包裝袋內，過一段時間后，再拆封使用剩余元器件，則這兩次拆封后的時間，需累計起來，不得超過對應MSL等級的車間壽命。也就是說，只要元器件暴露在密封干燥袋之外，時間就需要累計，確保總車間壽命不超過規定的限值。

若無法保證以上條件，如環境濕度較高，選型時就應盡量選擇 MSL-1 級別的元器件，或在焊接前進行高溫烘烤。

以上案例來自電路設計領域知名專家-王老師《高速電路設計進階》著作內容其一案例！