文章概述
本文探讨了电子元器件的货架寿命问题，重点讨论了氧化、湿度敏感等级（MSL）与货架寿命之间的关系。文章通过具体例子说明了氧化对电子元器件可焊表面的影响，以及如何通过适当的存储条件延长货架寿命。文章还介绍了不同生产厂家对货架寿命的策略和说明，详细解释了湿度敏感等级（MSL）的概念，以及如何通过烘烤恢复“受潮”的元器件。
作为DigiKey技术支持人员，我们经常收到客户关于产品“氧化”、“焊接之后鼓包”之类的售后问题，同时我们的销售也会收到客户关于产品必须在“几年之内”的要求，这些问题都与货架寿命（Shelf Life）相关。
对于电子元器件，不同的产品，不同的生产厂家，不同的储存条件，可能会有不同的货架寿命。所以今天就给大家讲讲氧化，湿度敏感等级MSL与货架寿命之间的关系，以及列举一些生产厂家货架寿命的策略，当然这些策略解释权在生产厂家，并且随着时间的推移会有变动。请以生产厂家给出的最新的货架寿命为准。
1. 氧化与货架寿命
我们先来看一个具体的例子：
如下图，暴露在环境中使右边的两个喇叭嘴氧化变色。右边的两个喇叭嘴严重氧化，而左边的一个虽然使用过但仍保持良好状态。
图1：暴露在环境中使右边的两个喇叭嘴氧化变色
对于有暴露在空气中的金属的电子元器件，空气中的某些物质可能对金属产生了腐蚀，一直作用于我们的电子元器件上面。特别是那些将焊接到印刷电路板（PCB）上的元器件表面。电子元器件的货架寿命主要由这些可焊表面的状况决定。这与制造直接相关。虽然您的元器件在电气和机械上可能稳定数十年，但氧化表面会降低制造良率，因为旧的氧化表面不容易接受焊锡。
如何处理氧化问题？
大多数焊锡和焊锡膏含有一种有机助焊剂，它可以去除氧化层。这增加了焊锡的“润湿”性，使组件和PCB之间形成可靠的电气和机械连接。助焊剂的去氧化能力有限。
因此，严重氧化或变色的元器件应避免使用。这种情况在电气方面可能是完美的，但在制造方面却很麻烦。
为了避免，这些不必要的麻烦，于是就有了货架寿命（Shelf Life）的概念。未焊接的元器件在制造商推荐的货架寿命期限过后不会立即失效。您可以进行可焊性测试以验证产品是否继续可用。
如何延长货架寿命？
通过适当的存储可以延长元器件可焊表面的完整性。一个典型的存储规范可能如下：
1、50至90华氏度或10至32摄氏度
2、25%至50%的相对湿度
3、不直接暴露在阳光或其他紫外线下
4、不暴露在空气中的腐蚀性元素（如臭氧或硫化物）下
5、不暴露在放射性物质中
不同电子元器件产品，用的材料不同，会影响他的货架寿命。不同的储存条件，也会影响他的货架寿命。所以，我们必须参考制造商给出的储存规范，以确定电子元器件货架寿命信息，从而保证电子元器件的可靠性。
技术小贴士：
从材料稳定性角度来看，电阻器并不简单。特别是当我们考虑高温和热循环相关的物理应力时。同时，电阻器必须在长期使用中保持其化学和电气完整性。
2. 不同厂家的货架寿命
对于电子元器件，虽然有行业标准，但是并不代表所有产品一定是符合这个行业标准。有些生产厂家会申明他们的产品符合Jedec标准 J-STD-033B，比如ADI。有的厂家会给出自己的存储条件和要求，以及相应的货架寿命。解释权在生产厂家，建议参考生产厂家的申明来确定货架寿命。
Jedec标准：
对于某些电子元器件，在处理、包装、运输和使用时，对于潮湿/焊接敏感的电子元器件，给出了相应的行业标准。
其中针对防潮袋包装，Jedec给出了货架寿命的参考标准：防潮袋包装的SMD封装在非冷凝的大气环境中（<40°C/90% RH）存储时，其计算的货架寿命应自袋子密封日期起至少为12个月。
我们再举几个其他例子，来看看一些厂家对于货架寿命的说明。
TE
TE根据不同的产品类型给出了对应的货架寿命：
当然，要确保达到TE给出货架寿命，对于存储条件是有要求的。
TE存储条件要求：当在原始未开封包装中适当存储，避开直射阳光并在不超过23°C的正常室温下存放时，除非另有说明。短期温度和湿度的波动（不超过35°C和75%相对湿度）不会影响产品性能。根据AS23053标准，存储温度应为18 - 35°C。
Murata
Murata针对切割过的晶圆产品（Sawn Wafers）和未切割过的晶圆产品（Unsawn Wafers）给出了货架寿命的说明
对于切割过的晶圆产品（Sawn Wafers）宽带包装，当存储在18°C to 35°C & 35%<RH<60%环境下或者干燥氮气环境下，货架寿命可以达到5年。
3M
3M也是根据不同的产品类型给出了对应的货架寿命
当然，要确保达到3M给出货架寿命，对于存储条件是有要求的。
3M存储寿命从产品制造时开始计算。制造日期可以在每个瓶子/袋子的侧面找到。以下图表定义了3M商业解决方案部化学产品的贮存寿命。这些寿命取决于产品的存储温度应在40°F（5°C）以上和100°F（37°C）以下，或按照包装上的说明，并且应保存在封闭容器中，如喷雾瓶或翻盖瓶。
3. 湿度敏感等级MSL与货架寿命
正如前一部分所暗示的那样，湿度推动腐蚀。然而，许多零件是吸湿性的，会很容易吸收水分。这种内部湿气可能导致破坏性的爆米花缺陷（Popcorning ），这个名字源于元器件发出的爆裂声。
这里，困在元器件内部的水分在焊接过程中迅速转化为蒸汽。结果是破坏了元器件的机械完整性，导致电气功能丧失或受损。这种损坏可能是立即的，也可能是延迟的，因为受损元器件很快遭受环境的影响，从而劣化。
电子元器件也会吸收环境中的水分，如同爆米花一样。当这些元器件通过回流焊机时就可能出现问题，因为焊接过程中产生的强热会导致被吸收的水分出现快速释放和膨胀鼓包现象。
图2：电子元器件焊接鼓包（Bulging）
MSL（湿度敏感等级）说明
湿度敏感等级（在电子行业中简称为“MSL”）定义了对于焊接制程，一个元器件可以暴露在不高于86华氏度(30摄氏度℃)，60-85%相对湿度的环境中的最长安全时间。该范围从MSL 1开始，称为“无限制”或不受影响，而每个增量级别则表示一个持续时间阈值。
图3：源自 JEDEC J-STD-033B.1 的湿度分类表
大部分容易受湿气影响的元器件都是半导体类的，例如IC、传感器和LED。不过同时，一些意料之外的物料也会有湿度敏感特性，例如尼龙连接器。
KYOCERA AVX尼龙连接器009276002021106。如有疑问，请参阅物料参数或厂商规格书。
KYOCERA AVX尼龙连接器009276002021106
为解决此问题，电子业界推出了JEDEC标准J-STD-033B，即，制定了有关处理、包装、运输和使用具有湿度敏感性物料的标准。受MSL影响的物料需采用防潮袋包装，并附有湿度卡 和适当的MSL标签。湿度卡用于表示物料的暴露情况，可充当视觉指导。干燥剂包有助于去除密封袋中的多余水分。
干燥剂 # 1/2PLDES550 、防潮袋 # 7001020 、湿度卡 # 51015HIC125 、 MSL 标签 # 113LABEL
电子元器件应保持在保护包装中，直到准备使用时再打开。一旦拆开，应立即焊接，最好当天焊接。如果长时间未保护，湿度敏感元器件可能会变得无法焊接，甚至在一个长周末后。请根据计划安排您的生产周期。
通过烘烤恢复“受潮”元器件
湿度敏感元器件必须用密封的防水包装保护。如果物料吸收过多的水分并超出了其 MSL等级，需要怎样操作？
许多湿度敏感元器件可以通过烘烤过程恢复。这个过程使用热量驱除元器件中的水分。
湿度指示卡可通过明显的颜色变化（由蓝色变为粉色）来指示湿度过大情况。打开包装袋时，可借助这张卡片来检验袋内是否适度干燥。如果颜色发生变化，可能需要在焊接制程之前先行烘烤，以去除塑料封装中的任何水分。烘烤条件取决于封装厚度、MSL和烘烤温度。
图5：封装厚度、MSL和烘烤温度
电子元器件在烘箱中停留的时长取决于元器件本身的厚度、MSL和烘烤温度。将物料烘烤数天的情况也并不少见。
JEDEC J-STD-033B文件中提供了深入的烘烤指南和程序，请点击此处链接：https://www.digikey.cn/zh/pdf/s/scs/scs-jedec-jstd033b-standards 查看。
DigiKey网站上的MSL信息
在DigiKey 网站的环境与出口分类栏下可以找到MSL信息。这些信息是由我们的供应商提供给 DigiKey 的。
举例：尼龙连接器009276002021106
图6：DigiKey网上的MSL信息
我们可以在网站上看到009276002021106 的MSL等级为 3 (168小时)
技术小贴士：如果 MSL 物料的等级为 1 ，那是否意味着防水？
不。你可以借助MSL来识别元器件对实验室或仓库中的湿度的敏感度；而防水或IP级产品则适用于户外等更加暴露的环境。
烘烤过程是一种平衡行为。高温加速了腐蚀过程，如前一部分所述。这对需要长时间烘烤的大型零件尤其成问题。反复烘烤可能使元器件无法使用。
总结
制造是一个复杂的过程。电子元器件的货架寿命是您流程中的众多考虑因素之一。与农产品不同，电子元器件没有明确的到期日期。长寿命是一个重要的设计考虑因素。虽然生产厂家可能会规定一个具体的货架寿命，但我们可以期望该电子元器件在安装后，运行十年或更长时间。对于货架寿命问题要保持警觉，并务必参考设备数据手册。通过在受控环境中存储所有元器件来保护您的投资。避免将打开的卷轴存放在潮湿仓库的地板上。
小编的话
了解电子元器件的货架寿命对于确保产品质量、优化供应链管理、提高产品可靠性、降低成本、建立客户信任和遵循法规标准等方面都具有重要作用。正如文章所提醒的，我们要对货架寿命问题保持警觉，参考数据手册，通过适当的存储条件来保护投资。
来源：DigiKey电子技术台
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