- К WFсенсоры
Влага представляет собой серьезную скрытую угрозу для датчиков давления. Он может проникнуть в результате конденсации, поглощения или через крошечные зазоры, изменяя электрические и механические свойства сенсорных элементов и вызывая дрейф, замедление реакции или необратимый отказ. В этой статье рассматриваются практические меры по проектированию, производству и техническому обслуживанию для предотвращения и удаления влаги, предназначенные для инженеров и лиц, принимающих технические решения. В нем подчеркивается прагматичный подход «физический барьер + активное управление» и ссылается на прилагаемое изображение небольшого датчика давления SMD (с вентиляционным отверстием) для иллюстрации типичных структурных рисков.
Каталог
1. Прямое воздействие влаги на чувствительные элементы датчика.
Когда чувствительный элемент датчика подвергается воздействию высокой влажности или конденсации, его сопротивление, сопротивление изоляции и упругие свойства тензоэлементов могут измениться, что приведет к дрейфу калибровки и увеличению шума. Влага скапливается на границах раздела материалов — в слоях смолы, стекловолокна и на краях платы — и это может привести к намоканию проводников или цепей, что увеличивает вероятность утечек или коротких замыканий и в конечном итоге приводит к функциональному отказу. Для тонкопленочных или микромеханических чувствительных структур поглощение влаги изменяет механическое напряжение и увеличивает гистерезис, поэтому страдают точность и время отклика. Изображенный на изображении датчик давления SMD, установленный на печатной плате без надлежащей защиты, может позволить влаге концентрироваться вокруг его небольшого вентиляционного отверстия и открытых площадок, ускоряя деградацию чувствительного элемента.
Как поглощение и конденсация разрушают проводящие пути
Когда вода конденсируется на датчике или внутри него, ранее изолирующие зазоры могут стать жидкостными мостиками и вызвать микрокороткие замыкания или токи утечки. Поглощение также изменяет емкость и сопротивление вокруг герметизирующих материалов, клеев и переходных отверстий, что влияет на фильтрацию и полосу пропускания сигнала. Для датчиков давления печатных плат и корпусов SMD это особенно критично: крошечные паяные соединения или захваченная влага в переходных отверстиях могут пройти множество циклов смачивания/высыхания при изменении температуры, что со временем приводит к необратимым повреждениям.
2. Как попадает влага — риски сборки и процесса
У влаги нет единого способа проникновения. Распространенными причинами являются холодные поверхности, влага в воздухе во время сборки и внезапное расширение скопившейся влаги во время выпечки. В печатных платах с различной плотностью отверстий захваченная влага высыхает с разной скоростью; Для полного высыхания сильно пропитанной доски могут потребоваться сотни часов при повышенной температуре. Если во время пайки влажность платы слишком высока, внутреннее расширение воды при температуре оплавления может привести к образованию крошечных трещин или расслоению, что снижает долгосрочную надежность.
Динамика конденсации, сборки и выпечки
В холодную погоду поверхности устройства, более прохладные, чем окружающая среда, запотевают, как окно, и это приводит к образованию конденсата. Если в среде сборки не контролируется влажность, водяной пар может задерживаться перед герметизацией; даже более поздние этапы сушки могут привести к проникновению влаги глубже в слои. При выпекании удаляется влага, но при нагревании захваченная вода может внезапно расшириться и переместиться в более глубокие слои, что затруднит ее удаление в дальнейшем. Вот почему процессы хранения, сборки и пайки должны работать вместе, чтобы контролировать влажность платы и влажность окружающей среды.
3. Этап проектирования: блокируйте пути проникновения влаги с самого начала
На этапе проектирования вам следует уделить приоритетное внимание созданию физического барьера. Выберите подходящий уровень защиты от проникновения для конкретного применения и комбинируйте механические уплотнения с дышащими водонепроницаемыми решениями, чтобы вы могли брать пробы воздуха, не допуская проникновения жидкой воды или паров. Для датчиков, которым необходимо измерять давление, установите газопроницаемую, но водоблокирующую мембрану на любом воздухозаборнике, чтобы датчик мог «дышать», оставаясь при этом защищенным. Внутри полости оставьте место для осушителя и точки доступа для обслуживания, чтобы упростить обслуживание и сушку на месте.
Уплотнения корпуса, вентиляционные мембраны и внутренний контроль влажности
Используйте уплотнительные кольца, резьбовые уплотнения или лазерную сварку, чтобы свести зазоры к минимуму. Установите вентиляционные мембраны, которые пропускают газ, но задерживают жидкую воду. Добавьте пакеты с влагопоглотителем или гидрофобные покрытия внутри полости для защиты поверхностей печатной платы. Для датчиков SMD, показанных на изображении, нанесите паяльную маску и защитные слои на сторону печатной платы и создайте физические барьеры вокруг чувствительных областей, чтобы ограничить скопление влаги.
4. Производство и процесс: сокращение потребления и повышение надежности упаковки
Во время производства выбор материала и обработка поверхности могут значительно улучшить влагостойкость. Нано-покрытия создают тонкий, однородный защитный слой без ущерба для тепловых характеристик (в отличие от толстой заливки) и решают проблемы с водой, соляным туманом и изоляцией. Герметизация и гибкое уплотнение остаются важными, особенно там, где необходима защита от ударов или механического воздействия. Крайне важно следить за влажностью платы перед пайкой: для высокотемпературного оплавления (около 260°C) плата должна иметь влажность менее 0,1%, а для более низкотемпературного оплавления (около 230°C) — менее 0,2%, иначе вы рискуете, что расширение влаги приведет к образованию трещин или расслоению.
Нанопокрытие, заливка и контроль влажности припоя
PECVD и аналогичные методы нанопокрытия образуют плотные, ровные пленки на чипах и печатных платах для борьбы с влагой и загрязнениями. По сравнению с объемной заливкой эпоксидной смолы, нанопокрытия тонкие, их легче перерабатывать, и они часто примерно на 20% дешевле в некоторых рабочих процессах. Заливочные составы, такие как силиконовый гель, также защищают чувствительные тензорезисторы MEMS, обеспечивая при этом механическую амортизацию. Контроль процесса должен включать проверку уровня влажности и запись обжига, чтобы каждая плата соответствовала порогу пайки и чтобы риск внутреннего повреждения в результате оплавления был сведен к минимуму.
5. Эксплуатация & техническое обслуживание: активно управлять риском влажности
Управление полем имеет не меньшее значение. Регулярная замена или дозаправка осушителей полости, проверка уплотнений и проверка чистоты вентиляционных мембран — это основные задачи технического обслуживания. Для критически важных систем встройте крошечный датчик влажности внутри полости, чтобы контролировать влажность и выдавать оповещения, если пороговые значения (например, >60% относительной влажности). Удаленные устройства, которые хранят электронику в сухом корпусе и передают данные по беспроводной сети, снижают воздействие. Кроме того, настройте графики калибровки и используйте алгоритмы компенсации влажности, где это необходимо, чтобы уменьшить погрешность измерения, вызванную колебаниями окружающей среды.
Уход за осушителем, измерение влажности и дистанционная защита
Регулируйте интервалы технического обслуживания в зависимости от окружающей среды: в местах с высокой влажностью требуется более частая замена осушителя и более короткие циклы калибровки. Встроенные датчики влажности внутри полости позволяют устройству предупреждать операторов до того, как произойдет повреждение, обеспечивая своевременное техническое обслуживание и предотвращая долгосрочный дрейф. Для датчиков на печатных платах и SMD спроектируйте расходные материалы для защиты от влаги в виде сменных модулей, чтобы полевые группы могли заменять компоненты без полной разборки устройства, сокращая время простоя.
Заключение
Влага — медленный, скрытый убийца чувствительных сенсорных элементов, и с ней необходимо бороться при проектировании, производстве и эксплуатации. Рекомендуемый подход — это надежный физический барьер (герметичный корпус, вентиляционные мембраны, разумное расположение полостей) плюс активные меры (осушители, контроль влажности полости, строгий контроль влажности перед пайкой). Для датчиков давления SMD и печатных плат интеграция микрочувствительного датчика влажности и легко обслуживаемых деталей контроля влажности значительно продлит срок службы и сохранит точность. Выбирайте решения с учетом окружающей среды, возможности обслуживания и стоимости, всегда отдавая приоритет долгосрочной электрической и механической стабильности чувствительного элемента.
Вышеупомянутое введение лишь поверхностно коснулось области применения технологии датчиков давления. Мы продолжим изучать различные типы сенсорных элементов, используемых в различных продуктах, их работу, их преимущества и недостатки. Если вам нужна более подробная информация о том, что здесь обсуждается, вы можете просмотреть соответствующий контент далее в этом руководстве. Если у вас мало времени, вы также можете нажать здесь, чтобы загрузить подробную информацию об этом руководстве. Данные датчика давления воздуха PDF.
Для получения дополнительной информации о других сенсорных технологиях, пожалуйста, Посетите нашу страницу датчиков.