电子元件制造是现代科技的奇迹。从地球中提取原材料、纯化并生产成品的过程既复杂又令人着迷。数以百万计的工时被用来制造成本低、用户易于组装且在电气和机械上稳定的材料。无论是“简单”的电阻器还是最复杂的多核处理器，这一原则都适用。
尽管我们尽了最大努力，许多电子元件的货架寿命（Shelf Life）依然有限。在这篇工程简报中，我们将探讨一些限制条件，如图1所示的环境条件。图1中的氧化喇叭嘴是电子元件中看不见的劣化的极端例子。
图1：一组被电阻围绕的变黑的喇叭嘴。暴露在环境中使右边的两个喇叭嘴氧化变色。
技术小贴士： 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。
氧化和可焊性
如图1所示。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。虽然不能给出确切的原因，也许是海水的原因，或者是因为离一个活跃的机场跑道不到一千英尺的地方。不管怎样，空气中有些东西攻击了金属。
同样的腐蚀元素也一直在作用于我们的电子元件。特别是那些将焊接到印刷电路板（PCB）上的元件表面。电子元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。
技术小贴士： 未焊接的元件在制造商推荐的两年期限过后不会立即失效，像腐烂的水果一样。由于元件代表了相当大的投资，您应进行可焊性测试以验证元件表面的完整性。
延长货架寿命
通过适当的存储可以延长元件可焊表面的完整性。一个典型的存储规范可能如下：
- 50至90华氏度或10至32摄氏度
- 25%至50%的相对湿度
- 不直接暴露在阳光或其他紫外线下
- 不暴露在空气中的腐蚀性元素（如臭氧或硫化物）下
- 不暴露在放射性物质中
通常，这些条件会使“简单”元件如电阻器的货架寿命达到两年。我们必须参考制造商的数据以确定更复杂元件的具体建议。
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。
湿度
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 ），这个名字源于元件发出的爆裂声。这里，困在元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，因为受损元件很快遭受环境劣化。
湿度敏感元件必须用密封的防水包装保护。为了长期控制湿度，应加入干燥剂。包装中应包含湿度指示卡，如图2所示的SCS卡。
元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。
技术小贴士： 如果长时间未保护，湿度敏感元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
许多湿度敏感元件可以通过烘烤过程恢复。这个过程使用热量驱除元件中的水分。在烘烤高价值元件之前，请咨询制造商以确保在受控过程中完全去除水分。他们应能够提供适当的时间和温度要求。例如，他们可能会建议在230华氏度（110摄氏度）下烘烤24小时。
技术小贴士： 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。反复烘烤可能使元件无法使用。
图2：一个显示元件在其保护包装中存放时暴露水平的湿度指示卡。中央指示器变为粉红色时，建议烘烤元件。
电容器
电容器有其独特的货架寿命考虑。最为人所知的是铝电解电容器。在正常操作条件下，极板上的关键氧化层得以保存和维护。然而，当电容器未使用时，氧化层会退化。这会降低电容、降低工作电压并增加泄漏电流。当电容器安装后强行施加电压时，这可能会导致问题。
通过施加形成电压，电解电容器通常可以恢复到100%的工作状态。这可以通过两种方式完成：
- 直接将电容器连接到直流电源并逐渐提高电压至电容器的全部工作电压。
- 通过串联限流电阻将电容器连接到直流电源。
在这两种情况下，电容器电压都要缓慢增加，以便氧化层有时间重新形成。请务必参考制造商的形成建议。此外，请小心，因为高容量、高电压电容器具有严重的触电危险。必须使用安全外壳和有效的放电措施。
这种电容器退化在设计电子设备时应得到缓解。毕竟，设备或备用件在上架数年未通电是很正常的。另一方面，大多数组装好的电子设备可以多年不通电而不影响使用。当我们不能忽视这种电容器特性时，如果我们使用安全裕度合理的电容器，这可能不是一个重大问题。
技术小贴士： 有一种老修理工的技巧，用于恢复已经放置多年的真空管收音机和立体声音响设备中的电容器。不是直接施加全线电压，而是使用可调变压器逐渐施加电压。通过缓慢施加电压，许多电容器都能恢复使用。虽然不是万无一失，但通常有效。这种技术的优势在于安全，因为电容器和相关的高电压都局限在设备外壳内。
其他
长寿命是一个重要的设计考虑因素。通常，本文描述的货架寿命问题在元件焊接到PCB后不会成为重大问题。例如，虽然制造商可能会为某个元件规定1年的货架寿命，但我们可以期望该元件在安装后运行十年或更长时间。
话虽如此，我们认识到生产电子组件使用了许多独特的材料。对于货架寿命问题要保持警觉，并务必参考设备数据表。
最后的想法
制造是一个复杂的过程。电子元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，电子元件没有明确的到期日期。我们可以争辩说元件制造商是保守的。同时，我们认识到这些元件代表了相当大的投资。通过在受控环境中存储所有元件来保护您的投资。避免将打开的卷轴存放在潮湿仓库的地板上。
这篇文章简要介绍了一些常见元件。如果您有关于本文未涉及的元件类别的问题，请在下面留言。此外，请务必通过回答本文结尾的问题来测试您的知识。
问题：
以下问题将帮助强化本文内容。
- 描述您产品中储存电子元件的理想环境。
- 对/错：元件焊接表面的腐蚀主要是一个制造问题。
- 对/错：货架寿命是未焊接的PCB本身的一个考虑因素。
- 对/错：爆米花效应（Popcorning）是元件焊接到PCB后多年的问题。
- 焊剂的作用是什么？
- 描述重新形成电解电容器的过程。
- 延长去湿烘烤的缺点是什么？
- 您刚刚从贴片机上取下了半卷0805表面贴装LED。描述并说明必要的步骤以保持元件的完整性。
- 对于上一个问题，如果这卷元件在假期期间不小心留在原位，该如何改变您的答案？
- 研究并描述本文未提到的元件的货架寿命限制。
- 找到您产品中使用的湿度指示卡。描述该卡片及如何解释结果。
- 什么是热循环，它如何影响产品寿命？
批判性思考问题
这些批判性思考问题扩展了本文的内容，允许您发展对材料及其与相关主题关系的宏观理解。它们通常是开放式的，需要研究，并且最好以文章形式回答。
- 如果将所有元件都视为湿度敏感元件，例如，通过将它们存放在带有干燥剂的密封独立袋中，货架寿命可能会延长。这是否是一个合理的行动，考虑到时间和增加的成本？
- 如何通过PCB设计来缓解元件货架寿命问题？这是一条可取的前进道路吗？
- 研究并对比表面安装元件和通孔元件在腐蚀方面的易感性和影响。
- 研究并比较铅和RoHS元件在腐蚀对货架寿命的影响方面的差异。