許多關鍵應用要求設備必須運行很長時間，甚至幾十年。對于航空航天、國防、能源和醫(yī)療行業(yè)來說尤其如此。為了保持設備正常運行，必須在其整個生命周期內持續(xù)供應組件。解決此問題的一個方法是在生產結束后長期存儲半導體組件。此解決方案可讓您在設備的整個使用壽命期間持續(xù)供應組件。

長期耐用

如果沒有組成電子設備的零部件，電子設備就無法正常運轉。設計和材料的快速變化、零部件的生命周期太短以及新產品的上市速度比以往任何時候都快，這些都給公司帶來了挑戰(zhàn)。迅速進入市場的新產品可能會造成產品之間兼容性的未知數。這可能會導致維護和維修問題，以及企業(yè)的額外成本。零部件的生命周期太短會使備件供應出現問題。

就像任何其他產品一樣，所有電子元件都有自己的保質期，許多公司存儲它們的時間比制造商建議的要長。長期存儲階段和倉庫管理起著相當關鍵的作用，因為電子元件被認為與化學品和食品同等重要。如今，公司有義務遵守某些環(huán)境條件，這些條件由精確的規(guī)則和協(xié)議控制。良好的存儲實踐是一種最佳解決方案，它不會導致電子元件的性能下降，從而使其相對的機械和電氣性能能夠隨著時間的推移保持不變。

在日益由消費者驅動的世界里，半導體組件制造商正在選擇更短的產品壽命。然而，許多應用要求設備運行數十年，這使得供應的連續(xù)性成為一項重大挑戰(zhàn)。一種廣泛實施的解決方案是將半導體長期儲存，即使在最終生產后也是如此。為了開發(fā)新的保存技術，許多公司進行測試(見圖 1)以確定長期儲存對組件的影響。這些測試涉及從不同型號隨機抽取的組件樣本。正確儲存的組件通常不會出現老化或變質的跡象，并且可以長時間保持其內部和外部的完整性和可焊性。如果保存得當，設備不會出現明顯的腐蝕或破損跡象。這些結果表明，半導體元件可以有效地存儲更長的時間，甚至超過制造商規(guī)定的日期。

長期保存涉及保護電子元件和PCB長時間保存以保持其功能完整性。在電子行業(yè)，計算電子元件的正確保質期非常復雜，因為時間比食品等產品要長得多。但是，根據所需的保存時間間隔，相關技術可能會有很大不同。最新一代的保存過程雖然質量很高，但并不能保證奇跡。目前，絕對的完美是無法實現的。例如，電池和靜態(tài)能量發(fā)生器通常就是這種情況。目前，沒有辦法讓儲存在倉庫中的電池使用時間更長，經過一段時間后，它們注定會被丟棄。然而，采用適當的保護技術可確保電子元件多年保持良好狀態(tài)。

圖 1：廣泛的 X 射線測試可發(fā)現最小的缺陷。(來源：羅徹斯特電子)

潛在問題

如上所述，電子元件的保質期是指其在不失去功能的情況下可以存放的時間。經過一段時間后，該元件可能會變得無法使用，或者相反，它可能會繼續(xù)正常工作，產品仍然可以完美使用。電子元件的長期保存是一個復雜的問題，不能掉以輕心，因為時間的流逝不可避免地會影響物質的所有物理和化學現象。

氧化和濕度等多種因素可能會改變器件的分子結構。為了長期保存電子元件，必須采取適當措施保護元件免受多種因素的影響。沒有單一的解決方案，但使用多種方法可以取得良好的效果。

一種策略是將元件存放在干燥、涼爽的環(huán)境中，相對濕度應非常低。將電子元件存放在低溫環(huán)境中(通常在 10°C 至 20°C 之間)也非常有利。研究人員更喜歡在無氧環(huán)境中進行此類長期存儲操作，甚至使用密封或充滿惰性氣體的容器。

污染也是一個不容小覷的大問題。靜電荷可能會給存儲的設備帶來嚴重問題。因此，環(huán)境必須與外界電氣隔離，還要考慮低頻和高頻電磁輻射?；覊m也會損害電子產品的完整性。因此，應將組件存放在極其干凈、無塵的環(huán)境中，并定期檢查是否有任何變化。

產品的保質期取決于一系列難以預測的變量，包括熱量、機械應力和濕度。然而，客觀事實是，如果產品儲存正確，并遵循極其謹慎的程序，其保質期可以大大延長。產品的儲存環(huán)境對其維護具有決定性影響，因此是該領域需要考慮的主要因素之一。因此，必須將組件存放在黑暗中，因為即使是紫外線也會改變它們。這也是為什么必須使用合適且耐用的包裝材料，不含可能對電子元件健康產生負面影響的化學物質，即使成本可能會大幅增加的眾多原因之一。事實上，普通的紙板箱不適合此目的，因此必須使用特定的。

一個始終存在的問題就是污染，這可能是由于附近物體的氣體排放而引起的。因此，電子元件應單獨存放，附近不應有其他產品。

PCB 也會隨著時間的推移而變質。不僅導電路徑會隨著時間的推移而發(fā)生變化，而且基板甚至會經歷老化過程。長期保存 PCB 的有用技術之一是真空密封以消除空氣的存在。

長期儲存后，如果保存過程不完美，電子元件的可焊性可能會帶來一些風險。但如果公司嚴格遵守所有儲存程序，暴露后產生的任何(還原)氧化都不會影響元件的可焊性，因此不會受到長期儲存的負面影響。

多年來可能出現的另一個問題是擴散(見圖 2)，這是一個物理過程，在此過程中，由于原子或分子的自主熱運動，至少兩種或多種物質以越來越快的速度混合。由于熱運動，顆粒濃度的差異會減小，直到完全混合。例如，銅基板材料可能會擴散到錫中，形成一種全新的青銅狀材料。在這些情況下，焊接不再可能，因為熔點要高得多，錫不再能夠粘合。擴散總是由于溫度而發(fā)生的。

圖 2：隨時間推移的擴散問題(來源：HTV Halbleiter-Test & Vertriebs-GmbH)

電子元件的老化方法不僅取決于所采用的保護方法，還取決于元件的類型。最精密的元件可能是電解電容器和電池。它們顯然會由于內部電阻而放電，但最大的問題是它們的內部會隨著時間的推移而干涸。電阻器是非常堅固的元件，在一些倉庫中，甚至在工作設備中，可以觀察到這種元件即使超過 100 年也能完美地工作。半導體(二極管和晶體管) 幾乎不受老化的影響，只要將它們存放在陰涼的地方。一般來說，電子元件不應長時間接觸電流或通電，因為浪涌電流會損壞它們。因此，倉庫必須存放全新且從未使用過的元件。與分立元件相比，集成電路是最脆弱的，因為它們很容易因氧化和潮濕而發(fā)生改變，從而導致逐漸但不可避免的退化。

平均無故障時間

平均故障間隔時間 (MTBF) 是一個參數，表示設備在多次故障之間的平均運行時間，是電子行業(yè)最常用的性能指標之一，因為它可以衡量設備和電子元件的可靠性水平。該參數基于數據的收集和分析，旨在準確描述電子元件的行為及其在特定操作條件下執(zhí)行所需功能的能力的可靠性。通過計算此參數，可以設計預防性維護計劃，幫助在潛在問題發(fā)生之前解決它們。MTBF 提供了兩次故障之間平均預期時間的可靠評估，即一次故障發(fā)生與下一次故障發(fā)生之間的時間間隔。該參數的計算涉及部件的總運行時間與同一時間段內發(fā)生的總故障次數之間的比率。一般公式如下：

當檢查時間越長，發(fā)生故障的次數越多時，MTBF 參數的計算就越復雜。它與“壽命”參數密切相關，壽命是指電子元件在承受技術數據表中規(guī)定的最大應力的情況下仍能保持運行的總時間，超過該時間制造商將不再保證正常運行條件。圖 3 顯示了基于工作溫度的電解電容器壽命的一個非常通用的例子。

圖 3：基于溫度的電解電容器壽命圖

長期存儲是長壽命應用的可行解決方案。組件可以有效地存儲多年，確保供應的連續(xù)性并彌補供應鏈中斷。但是，重要的是要記住，所有原材料，即使是簡單存儲，遲早都會腐爛。因此，采取措施減輕組件退化非常重要，例如使用最佳存儲條件和定期維護。關于最佳存儲條件，組件必須存儲在受控環(huán)境中，并保持恒定的溫度和濕度。在定期維護方面，必須定期檢查組件以發(fā)現任何問題或退化的跡象。通過采取這些措施，即使在長期存儲中，組件狀態(tài)也可以安全地保存多年。