防潮箱與氮氣櫃的差別:電子廠濕敏品存放 4 個選型重點
防潮箱與氮氣櫃的差別,在於「怎麼把櫃內濕度壓低」:工業型防潮箱用乾燥劑或除濕模組吸走水氣,插電就能運作;氮氣櫃則把乾燥氮氣灌進櫃內、把含濕氣的空氣擠出去,必須有持續的氮氣供應。 兩者都能做到 J-STD-033 乾燥保存所說的 5% RH 以下,所以濕度夠不夠低不是分水嶺;真正拉開差距的是氣源、每次開門的運轉成本,以及您在意的是濕氣還是氧氣。電子廠存放開封後的 IC、料盤與 PCB,多數情況用工業型低濕防潮箱就夠;廠內有氮氣管路、而且客戶或物料明確要求防氧化時,才需要把氮氣櫃列入選項。此為一般情況,仍需視個案與客戶規範而定。
表 1 防潮箱與氮氣櫃的差別
| 比較項目 | 防潮箱(工業型低濕) | 氮氣櫃 | 依據 |
|---|---|---|---|
| 降濕方式 | 乾燥劑(分子篩)吸濕,吸飽後加熱再生,循環使用 | 通入乾燥氮氣,把含濕氣的空氣從排氣口擠出 | 供應商技術文件 |
| 外部條件 | 電源 | 電源,加上持續的氮氣供應(氮氣瓶、氮氣產生器或廠務管路) | 供應商文件、產業百科 |
| 可達濕度 | 本站商品頁列 1%~10% RH、1%~3% RH 兩個等級 | 可壓到 5% RH 以下;實際值依機型 | 本站防潮箱商品頁;供應商文件、專家問答 |
| 運轉成本 | 以用電為主;本站商品頁額定功率 19~120 W(依型號) | 氮氣用量;開門越頻繁、設定濕度越低,用量越大 | 本站防潮箱商品頁;供應商測試、公開論文 |
| 斷電、斷氣 | 斷電後櫃內濕度緩升,本站商品頁標示 24 小時內上升不超過 10% RH | 氮氣供應中斷就無法維持低濕 | 本站防潮箱商品頁;供應商文件 |
| 開門後回穩 | 依機型,供應商資料約數分鐘到數十分鐘 | 靠補氮拉回,供應商資料約數分鐘;每次補氮都耗氮 | 供應商文件,各家說法不同 |
| 排除氧氣 | 不排除,櫃內仍是空氣 | 會,氮氣取代空氣;是否因此更能防端子氧化,專家意見不一(見第四節) | 供應商文件、業界專家問答 |
表 2 您的情況適合哪一種
| 情況 | 建議 | 依據 |
|---|---|---|
| MSL 2~3 元件、料盤開封後暫存,廠內沒有氮氣管路 | 工業型防潮箱,10% RH 以下等級即可 | 本站防潮箱商品頁用途說明;J-STD-033 摘錄 |
| MSL 4~5a,或要長時間讓曝露時間不再累計 | 能穩定壓在 5% RH 以下的機型:防潮箱 1%~3% RH 等級,或氮氣櫃,兩條路都走得通 | 本站防潮箱商品頁;J-STD-033D 專家摘要 |
| 取料頻繁(每班多次開門) | 先比開門回穩曲線與氮氣耗量,再決定;兩種都有人用 | 供應商測試、供應商文件 |
| 要長期存放(庫存、備料),擔心端子、焊墊氧化 | 先做焊錫性評估再決定;氮氣櫃或密封袋加氮氣吹掃是選項之一,但專家意見不一 | 業界專家問答 |
| 廠內已有氮氣管路,客戶或物料規範指定氮氣 | 氮氣櫃,並同時規劃通風與氧濃度監測 | 安全通報、供應商文件 |
| 短途搬運時要維持充氮 | 這不是固定式櫃子的題目,可參考客製充氮靜電箱的設計案例 | 本站設計案例 |
一、先對名詞:防潮箱、乾燥箱、氮氣櫃
在電子廠,「防潮箱」「乾燥箱」「電子乾燥櫃」多半指同一類:櫃內主動除濕、不用氮氣。「氮氣櫃」也有人叫氮氣防潮箱、充氮櫃、氮氣儲存櫃;簡體站寫作氮气柜、氮气防潮箱、防潮柜、干燥柜,搜尋資料時可以一併留意。
另外,要加熱把水氣烤出來,用的是烘箱,不是防潮箱。防潮箱的工作是讓元件「不再吸濕」,不是把已經吸進去的水氣趕出來,這一點在第三節會再用到。
二、兩種櫃子怎麼把濕度壓下來
防潮箱:乾燥劑吸濕,加熱再生
工業型防潮箱多用分子篩類乾燥劑吸走櫃內水氣,吸飽後模組加熱再生、把水氣排到櫃外,接著回頭繼續吸濕,如此循環;整個過程只要電源。本站超低濕電子防潮箱的頁面說明是主動除濕模組加化學吸附的雙系統,提供 1%~10% RH 與 1%~3% RH 兩個等級。
別和消費型混為一談。攝影器材用的防潮箱多設在 30%~60% RH 左右,對濕敏元件沒有意義,這點〈濕敏元件 MSL 是什麼?〉也有說明。
氮氣櫃:用氮氣把空氣擠出去
氮氣櫃把乾燥氮氣從櫃頂送入,把含濕氣的空氣從底部排氣口擠出去;濕度超過設定值,就自動補氮。氣源可以是氮氣瓶、氮氣產生器或廠務管路,沒有氮氣就維持不了低濕。
氮氣用量可以先抓個數量級。一份供應商測試:容積約 1.3 m³ 的櫃子,從 60% RH 降到 10% RH 用掉約 9.6 m³ 氮氣(大流量吹掃約 4.8 m³/h),降到設定值後,門關著只需低於約 0.14 m³/h 維持;另一份公開論文以約 1.2 m³ 的櫃體測試,降到 22%~27% RH 也用掉約 3~5 m³。數字隨櫃體氣密與設定濕度而變,只當參考;供應商資料指出,開門越頻繁、開得越久,用量越大。
三、J-STD-033 怎麼看乾燥櫃
- 標準有專門一節談乾燥氣氛櫃。 J-STD-033 的「使用」章節下有 Dry Atmosphere Cabinet 一節(我們看到的是 2014 年 C-1 版目錄,編號 5.3.3;版本不同編號可能不同,請以您採用的版本為準)。
- 兩種櫃子都走得通。 業界專家摘要 J-STD-033D 時,列出的長期乾燥保存做法包含兩種櫃子:氮氣吹掃型與乾燥劑乾燥空氣型,條件同為 5% RH 以下、25±5°C。也就是說,標準層面不是「只有氮氣櫃才合規」。
- 低濕櫃對曝露時間有兩種效果: 對短時間曝露的元件「重置」,或讓累計「暫停」。依 D 版的供應商摘錄,重置的條件是:MSL 2~3 曝露不超過 12 小時,放 10% RH 以下達曝露時間的 5 倍;MSL 4~5a 曝露不超過 8 小時,放 5% RH 以下達曝露時間的 10 倍。較早版本對 MSL 4 的分組不同,請以您採用的版本為準;完整對照見〈濕敏元件 MSL 是什麼?〉。
- 櫃子不能取代烘烤。 曝露超過上述條件,就要依元件供應商規格與 J-STD-033 烘烤;櫃子的角色是讓元件不再吸濕。需要烘烤時,可參考智能程式烤箱。開封前先看包裝內的濕度指示卡有沒有變色,也是第一步。
四、選型的 4 個判斷點
1. 目標濕度:先看 MSL,但這不是分水嶺。 MSL 2~3 開封後暫存,10% RH 以下的等級即可;MSL 4~5a 要 5% RH 以下,本站商品頁對應 1%~3% RH 等級。防潮箱與氮氣櫃都做得到 5% RH 以下,所以光看濕度數字,選不出來。另外,Underfill 這類膠材要冷凍保存,不是放防潮箱(見本站防潮箱商品頁的說明)。
2. 氣源:有沒有氮氣管路,是第一道門檻。 氮氣櫃必須有持續的氮氣供應,斷氣就無法維持低濕;防潮箱只要電源,斷電後櫃內濕度緩升,本站商品頁標示 24 小時內上升不超過 10% RH。廠內若沒有氮氣管路,氮氣瓶更換或另設氣源的成本與管理,要先算進去。成本面另有專家認為,在 J-STD-033D 的三種長期保存做法中,乾燥劑型櫃子的總持有成本最低。
3. 取料頻率:算的是每次開門的代價。 氮氣櫃開門後靠補氮把濕度拉回,每次都耗氮;防潮箱靠模組把濕氣吸回,耗的是電。供應商資料對哪一種回穩得快說法不一:有的說氮氣櫃約 5~10 分鐘,也有的說好的防潮箱在 5~15 分鐘內回到 10% RH 以下。所以回穩速度比較像機型差異,不是類型差異。建議請供應商提供開門回穩曲線,並註明測試時的開門時間與次數。
4. 存放多久、在意氧化嗎:這是氮氣櫃的主場,但專家意見分歧。 氮氣把氧氣排掉,所以有人把長期存放的端子與焊墊交給氮氣:一位業界專家認為氮氣環境比單純乾燥更好;另一位則表示,經過測試,乾燥低濕的空氣比氮氣更能阻止氧化;也有專家認為乾燥櫃有沒有氮氣都可以。兩邊也都提到另一個影響焊錫性的因素:介面合金層的成長會隨時間與溫度加劇,所以存放溫度也要一併管控。因此長期存放(庫存、備料)的料件,建議先做焊錫性評估或依客戶規範,再決定用哪種櫃子。長期存放另一條路,是把料件重新封回防潮袋(加乾燥劑與濕度指示卡),不少專家的做法是密封袋再加氮氣吹掃;袋型選擇見〈防靜電袋怎麼選?〉,也可參考防靜電鋁箔袋。
五、氮氣櫃的現場安全
氮氣排出後會取代空氣中的氧氣。美國能源部的安全通報引用 OSHA 的定義:氧濃度低於 19.5% 就屬缺氧環境;通報也引用美國化學安全委員會的說法:缺氧時人沒有預警,可能一兩口氣就失去意識,而管路接頭鬆脫或老化的小漏氣,就能讓密閉房間的氧濃度快速下降。供應商資料同樣提到,氮氣櫃持續排氣可能降低工作區的氧含量。規劃氮氣櫃時,通風、氧濃度監測與管線檢查要一併規劃。
六、嘉鴻能怎麼配合
- 防潮箱:嘉鴻有賣工業型超低濕電子防潮箱,1%~10% RH 與 1%~3% RH 兩個等級、5 種型號;尺寸與功率見商品頁,規格書頁附各型號規格書。容量建議以同時要放的料盤、捲帶數量計算,而不是全部庫存量。
- 氮氣櫃:固定式氮氣櫃不在本站現貨品項內,需求請洽詢嘉鴻。
- 搬運用充氮:如果您要的是廠間搬運時維持充氮、而不是固定式櫃子,可以參考〈客製充氮靜電箱設計案例〉(設計案例,非現貨商品)。
需要比對您的料件 MSL 與取料頻率、選擇防潮箱等級與容量,歡迎聯繫嘉鴻。本文為一般情況的整理,標準內容為業界摘錄、非標準原文,也不構成對您製程的背書;實際等級、濕度與烘烤條件,請以元件供應商資料、客戶規範及您採用版本的 J-STD-033 為準。
延伸閱讀
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規格以各商品頁為準;實際配置、價格與交期請洽詢。
標準出處
本文引用之規範,請以各發布機構之最新版本為準。
- IPC/JEDEC J-STD-033《Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture, Reflow, and Process Sensitive Devices》濕敏/回焊敏感表面黏著元件的處理、包裝、運輸與使用(連結為 D 版目錄;本文內容為業界摘錄,非標準原文)
發布機構:IPC(Global Electronics Association)與 JEDEC - OE-3 2021-05《Oxygen Deficient Atmosphere Hazards at DOE Facilities》缺氧環境危害通報
發布機構:美國能源部(U.S. Department of Energy, DOE)