儘管我們竭盡全力，但許多電子元件的貨架存放壽命（shelf life）終究有限。在本工程簡報中，我們將探討一些限制因素，例如圖 1 所示的環境條件。圖中鏽色（ tarnish）斑斑的小號吹嘴就是一個電子元件隱密劣化的極端例子。
圖 1：一系列被電阻包圍的深色喇叭吹口。暴露在自然環境中導致右邊的兩個失去光澤。
技術提示：大多數焊錫和焊膏都含有有機助焊劑，用於去除氧化層。這可以提高焊錫的潤濕性，從而在元件和 PCB 之間形成牢固可靠的電氣和機械連接。助焊劑去除氧化層的能力有限。因此，應避免使用嚴重氧化或失去光澤的元件。在這種情況下，元件從電氣性能角度來看可能完美，但從製造角度來看卻很麻煩。
氧化與焊接性
如圖 1 所示，右側兩個小號（trumpet）號嘴已出現嚴重氧化，而左側號嘴雖然同樣經過使用，但保存狀況仍相當良好。雖然目前無法確定氧化的確切原因，但可能與居住環境有關，例如鄰近海岸所帶來的高鹽分空氣，或距離繁忙機場滑行道不到 1,000 英尺所產生的空氣污染物。從結果來看，當地空氣中的某些成分似乎對金屬具有較強的腐蝕作用，進而加速了號嘴的氧化現象。
同樣的腐蝕性因素始終作用於我們的電子元件。對於需要焊接在印刷電路板 (PCB) 上的元件表面而言，尤其如此。電子元件的使用壽命主要取決於這些可焊表面的狀況。這一點與生產製造直接相關。雖然您的元件可能在數十年內保持電氣和機械性能穩定，但氧化的表面會降低您的生產良率，因為老化的氧化表面不易吸附焊料。
技術提示：未焊接的元件即使超過製造商建議的兩年有效期，也不會像腐爛的食品那樣立即失效。由於這些元件代表著一筆不小的投資，您應該進行可焊性測試，以驗證元件表面塗層的完整性。
延長保存期限
妥善儲存可延長元件可焊表面的完整性。典型的儲存規範如下：
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50 至 90 華氏度（10 至 32 攝氏度）
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25% 至 50% 相對濕度
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避免陽光直射或其他紫外線照射
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避免接觸空氣中的腐蝕性物質，例如臭氧或硫化物
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避免接觸放射性物質
通常情況下，對於電阻器等「簡單」元件，這些條件會導致其保質期為兩年。對於更複雜的元件，我們必須參考製造商提供的數據來確定具體的保質期建議。
技術提示：電阻器絕非易事，尤其從材料穩定性角度來看更是如此。考慮到高溫和熱循環帶來的物理應力，這一點尤其突出。同時，電阻器也必須保持其化學和電氣完整性，才能擁有較長的使用壽命。
濕度
如前所述，濕度會加劇腐蝕。然而，許多部件都具有吸濕性，容易吸收水分。這種內部水分會導致一種破壞性的爆米花缺陷，這種缺陷因元件發出爆裂聲而得名。在這種情況下，元件內部滯留的水分在焊接過程中會迅速蒸發成蒸氣。其結果是元件的機械完整性遭到破壞，電氣功能喪失或受損。這種損害可能是立即發生的，也可能是延遲發生的，因為受損的元件會迅速遭受環境降解。
對濕度敏感的元件必須密封在防水包裝內。包裝內應放置乾燥劑以進行長期濕度控制。包裝內應包含濕度指示卡，例如圖 2 所示的 SCS 卡。
元件應密封在保護包裝內，直到準備使用。取出後應立即焊接，最好當天完成。
技術提示：如果對濕度敏感的元件在週末長時間暴露於無保護環境中，可能會導致無法焊接。請據此安排您的生產計劃。
烘焙修復
許多對水分敏感的元件可以透過烘烤製程進行修復。此製程利用高溫將元件中的水分去除。在烘烤高價值元件之前，請諮詢製造商，以確保在可控的條件下徹底去除水分。製造商應能提供合適的烘烤時間和溫度要求。例如，他們可能會建議在 230F（110C）下烘烤 24 小時。
技巧提示：烘焙過程是一個平衡過程。如上一節所述，升高的溫度會加速腐蝕過程。對於需要延長烘烤時間的較大部件來說，這尤其成問題。重複烘烤可能會導致組件無法使用。
圖 2：濕度指示卡，顯示元件在保護性包裝內儲存時的濕度水平。如果中央指示器變為粉紅色，則建議烘烤元件。
電容器
電容器有其獨特的儲存壽命注意事項。最常見的是鋁電解電容器。在正常工作條件下，極板上的關鍵氧化層得以保持完好。然而，當電容器閒置不用時，氧化層會逐漸劣化。這會導致電容值降低、工作電壓下降、漏電流增加。如果在安裝電容器後強行施加電壓，可能會引發問題。
電解電容器通常可以透過施加成型電壓恢復到 100% 的工作狀態。這可以透過兩種方式實現：
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將電容器直接連接到直流電源，並緩慢升高電壓至電容器的滿載工作電壓。
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透過串聯一個限流電阻將電容器連接到直流電源。
在這兩種情況下，電容器電壓都會緩慢增加，從而為氧化層的重新形成提供時間。請務必諮詢製造商以取得改造建議。另外，請務必小心，因為大容量、高壓電容器有嚴重的觸電危險。具有安全有效排放措施的安全外殼是必要的。
電容器的這種性能衰減在電子設備設計中應該加以考慮。畢竟，設備或備用件在貨架上閒置多年並非不合理。另一方面，絕大多數組裝好的電子設備即使閒置多年，通電後也不會出現任何問題。雖然我們不能忽視電容器的這種特性，但如果電容器具有合理的安全裕度，這可能並非一個重大問題。至於合適的安全裕度，由您根據具體應用情況來決定。
技術提示：對於塵封數十年的真空管收音機和音響設備，有一個老修理工常用的技巧來修復電容器。這種方法不是直接施加全電壓，而是使用可變式變壓器（variac）緩慢施加電壓。透過緩慢施加電壓，許多電容器可以恢復正常工作。雖然這種方法並非萬無一失，但通常有效。這種方法的優點在於安全性，因為電容器和相關的高壓都被限制在設備外殼內。
其他
長壽命是重要的設計考量。通常情況下，本文所述的保存期限問題在元件焊接至 PCB 後並不重要。例如，雖然製造商可能標示某元件的保質期為 1 年，但我們可以預期該元件在安裝後可運作十年或更久。
話雖如此，我們認識到在生產電子組件時使用了許多獨特的材料。請注意保存期限，並務必查閱設備規格書。
結語
製造業是一項複雜的工作。電子元件的保存期限是您生產過程中需要考慮的眾多因素之一。與農產品不同，電子元件沒有固定的保存期限。我們或許會認為元件製造商的做法比較保守。但同時，我們也意識到這些元件代表著一筆不小的投資。為了保護您的投資，請將所有元件存放在受控環境中。切勿將散裝線盤直接放在潮濕倉庫的地板上。
本文簡要介紹了幾種常用組件。如果您對文中未提及的組件類別有任何疑問，請在下方留言。此外，請務必完成文章末尾的問題，檢驗您的學習成果。
問題：
以下問題將有助於鞏固文章內容。
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請描述您公司儲存電子元件的理想環境。
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判斷題（對/錯）：元件可焊接表面的腐蝕主要是製造問題。
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判斷題（對/錯）：未焊接的 PCB 板本身也需要考慮保存期限。
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判斷題（對/錯）：元件焊接在 PCB 板上多年後，仍會出現爆米花狀缺陷。
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焊錫助焊劑的作用是什麼？
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描述電解電容器的修復過程。
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長時間烘烤以去除水分的缺點是什麼？
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你剛從貼片機上取下一卷用了一半的 0805 表面黏著 LED。請指出並描述為保持元件完整性所需的步驟。
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關於上一個問題，如果在假期期間無意中將捲軸保持在原位，您的答案會如何變化？
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研究並描述本文中未提及的組件的保質期限制。
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尋找您的設施中使用的濕度指示卡。描述該卡以及如何解釋結果。
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什麼是熱循環以及它如何影響產品壽命？
批判性思考題
這些批判性思考題拓展了文章內容，幫助你從整體上理解材料及其與相關主題的關係。它們通常是開放式問題，需要查閱資料，最好以論文形式作答。
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如果將所有成分視為對水分敏感的物質進行處理，例如，將它們存放在帶有乾燥劑的密封獨立包裝袋中，則可以延長貨架存放壽命。考慮到時間和額外費用，這種做法是否合理？
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如何透過 PCB 設計來緩解元件的保存期限問題？這是否是理想的解決方案？
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研究並比較含鉛元件和 RoHS 元件的腐蝕對保存期限的影響。
原文作者: Aaron Dahlen | MSEE | Senior Applications Engineer, DigiKey