廠房溫濕度要管多少:錫膏、受潮零件、靜電各看哪個條件,從定窗口到稽核的 5 個階段
沒有一份公開標準給 SMT 廠房一組通用的溫濕度數字;要做的是把錫膏、受潮零件、靜電各自的條件列出來,取重疊的範圍當窗口,再分「警報」與「停機」兩段管。
- 三個條件各看各的文件: 錫膏看資料表的使用環境;受潮零件的曝露時間(floor life)是假設廠房在 30°C/60% RH(相對濕度)以下;靜電協會(EOS/ESD Association,簡稱 ESDA)說 ANSI/ESD S20.20 沒有要求控制濕度,但您的管制計畫若寫了濕度,就要監測。
- 數字有參考範圍: 嘉鴻參考之前的舊資料,現場常見的警報窗口約是溫度 18~27°C、相對濕度 40~65%;停機線在警報線外再放寬一點。這是現場經驗,不是標準。
- 波動比平均值更要緊: 參考之前的舊資料,在規格內卻來回晃動的濕度,曾拖累良率;稽核最常問的,是有沒有範圍、有沒有紀錄、超標怎麼辦。
落塵(空氣中的異物)請看〈SMT 落塵要管嗎?5 類該管的異物與產線紀律〉;零件拆封之後的計時與烘烤,請看〈濕敏元件保存與烘烤條件〉。本文從「這間廠房的溫度和濕度,到底要訂在哪」開始講,只談溫度與濕度。下面每個階段寫了怎麼做,以及嘉鴻能幫的;來源與例外放在最後的備註。
階段①:列出三個條件各自要什麼
溫濕度不是一個數字,而是三件事各自的要求。先分開看,再合起來。
| 要管的東西 | 它對溫濕度的要求 | 去哪裡找 |
|---|---|---|
| 錫膏 | 鋼板上能用多久、印出來會不會塌,都受溫度與濕度影響。有一份公開的無鉛免洗型錫膏資料表,鋼板上使用壽命超過 8 小時的前提,是 22~28°C、30~60% RH | 錫膏資料表的使用條件欄 |
| 受潮零件與電路板 | 曝露時間是假設廠房在 30°C/60% RH 以下;更潮或更熱,時間要打折 | J-STD-033;〈濕敏元件保存與烘烤條件〉 |
| 靜電(ESD) | 濕度不是 ANSI/ESD S20.20 的要求;但計畫若寫了濕度範圍,就要監測、留紀錄、訂超標程序 | ESD 管制計畫、客戶規範 |
錫膏:資料表上寫的使用環境,要當成這款錫膏的要求,不是參考。論文把溫濕度直接當測試條件:有的在不同濕度下量坍塌,剛印完量一次,放 2 小時再量一次;有的把印好的板子放在 30°C/80% RH 兩小時,看橋接有沒有變多,當作最熱最潮的情況。水洗型對溫濕度更敏感:有論文提到水洗型一般的鋼板壽命較短;比較 6 款的結果,水洗型的印刷窗口較窄,印好到過爐之間放在環境下,錫球會變差,免洗型不受影響。
受潮零件:曝露時間的 30°C/60% RH 是假設,不是廠房的目標。廠房比這更潮或更熱,要依 J-STD-033 的表格折算天數,細節見上面那篇。還有一個常被忽略的現象:冷的物體碰到潮濕的空氣會結露。廠房 28°C、70% RH,空氣的露點約 22°C,剛從冰箱拿出來的錫膏罐只有幾度,一開蓋就一定結露(露點表見備註)。所以錫膏要整罐密封回溫,回到室溫才開蓋,做法見〈錫膏攪拌多久?開封後使用期限怎麼訂〉。
靜電:ESDA 的說明是:濕度對減少電荷累積有幫助,但不足以把風險降下來,在室溫下 20% 到 30% RH 之間,絕緣材料上電荷累積的差別很小,所以 S20.20 不靠濕度。防靜電的材料與用品,是在很乾的條件(12% ± 3% RH、23°C ± 3°C)下驗證過的,通過了就不必再靠控濕。新版 S20.20 還允許廠房改用「一年中最乾的那個濕度」來驗證。靜電的主力是接地、防靜電材料與離子中和,見〈ESD 防護完整指南〉;濕度只是環境條件之一。
嘉鴻能幫的:
- 錫膏/錫絲系列:頁面列有 SAC305、4 號粉(Type 4)、無鹵素的錫膏,以及各規格錫絲;各款的使用環境與資料表,請洽詢。
- 恆溫恆濕試驗箱:想驗證某款錫膏或零件在您廠房最潮的那一天會怎樣,可以把樣品放進去模擬。260 公升款的溫控範圍 0~70°C、濕度 30~98% RH,24 段可程式;其他容量與客製請洽詢。試驗箱是做試驗用的,不能拿來管整間廠房。
- 超低濕電子防潮箱:廠房某些日子的濕度放不進窗口時,受潮零件另外放進去;分 1%~10% RH 與 1%~3% RH 兩級,選法見〈防潮箱與氮氣櫃的差別〉。
階段②:取重疊的範圍,定出自己的窗口
三個條件列出來之後,做法是:
- 先列錫膏:把這間廠房用到的每一款錫膏,各自的使用環境列出來。
- 再加其他條件:受潮零件的假設(30°C/60% RH 以下),以及客戶規範有寫的範圍。
- 取重疊:重疊的部分就是窗口。
- 設定值放中央:不要貼著邊。空調設在邊緣,稍微一飄就超出。
下表的數字是假設的兩款錫膏,只示範算法,不是實測。
| 條件來源 | 溫度 | 相對濕度 |
|---|---|---|
| 錫膏 A 的資料表 | 22~28°C | 30~60% |
| 錫膏 B 的資料表 | 20~26°C | 40~60% |
| 受潮零件的假設 | 30°C 以下 | 60% 以下 |
| 重疊(窗口) | 22~26°C | 40~60% |
| 設定值(取中央) | 24°C | 50% |
參考之前的舊資料:比較過的幾款錫膏,環境溫度要求落在約 18~27°C 之間,款與款不同;舊資料把設定值放在各款窗口的中央附近。另一份現場的環境管制規範,常見的警報窗口是溫度約 18~27°C、相對濕度約 40~65%,潔淨度較高的區域收得更窄,約 20~24°C、40~60%;倉儲與進料區的濕度警報約 70%。這些是現場經驗,來自單一規範,沒有公開文件可以對照,您的窗口要依自己的錫膏、零件與客戶規範來訂。
兩個提醒:
- 上限 65% 比曝露時間的假設寬:舊資料的濕度上限約 65%,高過 60%。這是依兩個數字比較做的推論:窗口上限若放在 65%,受潮零件的曝露時間要另外折算;想省事,就把上限收到 60%。
- 窗口要寫成文件:哪個區域、溫度與濕度各是多少、依據是哪一份資料表或規範。只存在空調師傅腦中的窗口,稽核時拿不出來。
嘉鴻能幫的:這一階段是整理資料的工作,沒有要買的東西。
階段③:分兩段管:警報與停機
窗口只回答「正常是多少」,沒有回答「超出了怎麼辦」。舊資料的做法是分兩段:
- 警報:超出窗口,要人處理:通知負責人、查原因、留紀錄。
- 停機:再超出一段,該區不准生產。
| 區域 | 警報窗口 | 停機線 |
|---|---|---|
| 一般組裝區 | 溫度約 18~27°C;相對濕度約 40~65% | 在警報線外再放寬:溫度約 2°C、濕度約 2~5 個百分點 |
| 潔淨度較高的區域 | 溫度約 20~24°C;相對濕度約 40~60% | 同上 |
| 倉儲與進料區 | 相對濕度上限約 70% | 同上 |
這張表是嘉鴻參考之前的舊資料整理的現場經驗,不是標準。要記的是結構:兩段、各有負責人、各有處理時間。
超標之後做什麼,也要事先寫好。靜電協會談低濕度時是這樣說的:變化的幅度與持續的時間是關鍵。濕度低於限值 3% RH 以上、只維持幾分鐘,風險低;持續好幾個小時,可能算不符合。這時要蒐集客觀證據,判斷還能不能處理靜電敏感品;若判斷限值被超過,就要停止處理靜電敏感品,並把證據留成紀錄。這個邏輯可以借來訂溫濕度的處理程序:超多少、超多久,各走哪一條路。
嘉鴻能幫的:
- 溫濕度檢測器:壁掛式,聚合物電容式濕度感測器,液晶同時顯示溫度與相對濕度;濕度量測 0~100% RH(非冷凝),精度 ±2%(10~90% RH)或 ±3%(標準型);可選 4~20 mA 或 0~10 V 輸出,接廠務的控制器。溫度量測範圍依型號,請洽詢。
- 警報與停機的邏輯,由廠務的控制器或監控系統來做,嘉鴻提供的是感測端。空調、加濕與除濕機組,嘉鴻沒有商品頁,請找廠務或空調廠商。
階段④:量在哪、多久量一次、怎麼記
窗口和警報線訂好之後,要有人量、有紀錄,才算管制。
- 位置:窗口按區域訂,每個區域至少一個量測點。裝在氣流有代表性的地方,避開熱源、出風口與死角;壁掛式的商品頁建議離地約 1.2~1.5 公尺。
- 頻率:參考之前的舊資料,溫濕度約每班量一次(落塵約每週,落塵見另文)。想看一天內怎麼變,就用記錄器連續記,取樣間隔設短一點。
- 紀錄:手抄至少要有時間、讀值、量測人;用記錄器就要能匯出、能留存。
- 儀器:量測儀器要定期校正,並留下紀錄。讀值不準的儀器,會讓整套管制失去依據。
- 抽查:手持的量測儀器可以在現場抽查,也能用來核對固定式感測器的讀值。
嘉鴻能幫的:
- 溫濕度記錄器:雙通道(溫度、濕度),溫度 ±0.3°C、濕度 ±2.5% RH,記憶 8,000 筆 × 2 通道,取樣間隔 1 秒~60 分;內建 WiFi,可搭配廠商的雲端平台做遠端監控與警報推播(平台與費用請洽詢);電源為 4 顆 AA 電池或 USB。
- 手持量測儀器系列:頁面列有空氣品質偵測計(可量溫度、濕度與 PM2.5)、粒子計數器、紅外線溫度計等,各型號規格請洽詢。
階段⑤:看波動,並準備好稽核會問的事
波動:平均值在窗口內,不代表沒有問題。參考之前的舊資料,一份搬遷評估報告曾寫到:在規格內卻來回晃動的濕度,拖累了良率;濕度回到範圍內要多久,取決於加熱器、加濕器與廠房的氣密。看記錄器的曲線時,可以對照有沒有跟開門、換班、空調啟停同時發生。
冷的東西進廠房:冷藏的錫膏、從冷庫拿出的料,溫度低於廠房的露點時一定結露。錫膏的做法是整罐密封回溫,回到室溫才開蓋;其他冷的料,也等溫度接近室溫再拆包裝。
稽核:參考之前的舊資料,客戶稽核曾把「沒有溫濕度管制」列為缺失。下表是依靜電協會對濕度管制的說明(要監測、要有客觀證據、要有超標程序)與這類缺失整理的,不是稽核表原文。
| 稽核會問 | 要準備什麼 |
|---|---|
| 有沒有規定範圍 | 書面窗口,每個區域各一份(階段②) |
| 超出了怎麼辦 | 警報與停機兩段,負責人與處理時間(階段③) |
| 有沒有量、準不準 | 量測位置、頻率、儀器校正紀錄(階段④) |
| 有沒有紀錄 | 連續記錄或每班紀錄,保留一段時間 |
| 超標那次做了什麼 | 時間、原因、處理、結案的紀錄 |
| 窗口對得上材料文件嗎 | 錫膏資料表、J-STD-033、客戶規範的對照 |
嘉鴻能幫的:
- 錫膏回溫機:密封回溫,放 500 克的錫膏罐,每個工作位可獨立設定溫度並有警報;頁面也整理了露點與結露的說明。
- 溫濕度記錄器:同階段④;曲線與超標紀錄就是稽核要看的資料。
延伸閱讀
想把相關的製程環節一起看完,可以接著讀這幾篇:
備註:來源與例外
以下給需要核對的人看,不看也不影響上面的做法。標準的條文與表號請以官方原文為準;您採用的版本、客戶規範與錫膏廠文件不同時,以它們為準。
各做法的出處
| 做法 | 內容 | 出處 |
|---|---|---|
| 錫膏與濕度的測試 | 一篇論文整理他人的做法:坍塌在不同濕度下於剛印完與放 2 小時後各量一次;錫球則是印好後放在不同濕度 2 小時再過爐 | Lentz(轉述 Anson 等人) |
| 最熱最潮的情況 | 印好的板子放在 30°C/80% RH 的靜態烘箱 2 小時,記錄橋接有沒有增加 | Farrell 等人 |
| 水洗型較敏感 | 6 款錫膏的比較:水洗型對溫濕度敏感、印刷窗口較窄;印好到過爐之間放在環境下,水洗型錫球變差,免洗型不受影響 | Guéné 與 Teh |
| 曝露時間的假設 | 各濕敏等級(MSL)的曝露時間假設廠房在 30°C/60% RH 以下;更潮或更熱時折算查 Table 7-1。本站只讀到標準目錄,表內數值請看官方原文 | J-STD-033D(見〈濕敏元件保存與烘烤條件〉的備註) |
| 靜電與濕度 | 濕度不是 S20.20 的要求;材料在 12% ± 3% RH、23°C ± 3°C 驗證;計畫若指定濕度就要監測、留證據、訂超標程序;20% 到 30% RH 之間絕緣材料的電荷累積差別很小;新版允許在廠房一年中最乾的濕度驗證;低於限值的幅度與時間是風險關鍵 | ESDA 常見問題、ESDA 文章 |
| 露點 | 依 Magnus 近似式計算 | Alduchov 與 Eskridge;美國氣象局的露點計算頁 |
此為一般情況,仍需視個案而定。
露點表
以下是依 Magnus 近似式(常數取 17.62 與 243.12°C)算出的露點,單位 °C;換用其他常用常數,結果差在 0.1°C 以內。物體表面比露點冷,水氣就會凝在上面。
| 室溫 | RH 50% | RH 60% | RH 70% | RH 80% |
|---|---|---|---|---|
| 22°C | 11.1 | 13.9 | 16.3 | 18.4 |
| 25°C | 13.9 | 16.7 | 19.1 | 21.3 |
| 28°C | 16.6 | 19.5 | 22.0 | 24.2 |
| 30°C | 18.4 | 21.4 | 23.9 | 26.2 |
例外與限制
- 舊資料的範圍是單一來源:警報窗口、停機線的寬度與量測頻率,來自嘉鴻參考之前的一份現場規範,沒有公開文件可以對照,屬於現場經驗,不是標準;各區域的窗口,要依您的錫膏、零件與客戶規範來訂。
- 示範表的數字:階段②的兩款錫膏是假設的,只示範取重疊的算法。
- 論文不是您的產品:論文的錫膏、設備與年代各不相同,結果不能直接套到您的產品。
- 靜電:ESDA 的說明針對 S20.20 與 IEC 61340-5-1 的管制計畫;客戶規範可能另外寫了濕度要求,以客戶規範為準。
- 落塵:ISO 14644-1 談的是空氣中微粒的分級,不是溫濕度,見〈SMT 落塵要管嗎?〉。
- 試驗箱不是空調:恆溫恆濕試驗箱用來做試驗,不能拿來管整間廠房的溫濕度。
- 設備:空調、加濕與除濕機組,嘉鴻沒有商品頁。
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。
- EOS/ESD Association, Inc.《Humidity FAQ》濕度常見問題(ESD 管制計畫要不要控制濕度)
發布機構:靜電放電協會(EOS/ESD Association, Inc.,ESDA) - EOS/ESD Association, Inc.〈Does An ESD Control Program Require Humidity Controls?〉ESD 管制計畫需要控制濕度嗎(材料驗證條件、新版允許在廠房最乾的濕度驗證、低於限值的幅度與時間)
發布機構:靜電放電協會(EOS/ESD Association, Inc.,ESDA) - IPC/JEDEC J-STD-033D《Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture, Reflow, and Process Sensitive Devices》濕氣、回焊與製程敏感元件的處理、包裝、運送與使用(目錄)
發布機構:IPC(Global Electronics Association)、JEDEC - Lentz, A.〈Dispelling the Black Magic of Solder Paste〉破解錫膏的黑魔法(各項評估方法與評分表)
發布機構:IPC 技術資源 - Farrell, R.、Beck, S.、Garnick, R.、Wang, P. 與 Kochi, K.〈Lead Free Process Transition Solder Paste Characteristic Assessment〉無鉛製程轉換中的錫膏特性評估
發布機構:IPC Printed Circuits Expo/APEX Designers Summit 2004 論文 - Guéné, E. 與 Teh, S.〈Reliability Assessment of No-clean and Water-soluble Solder Pastes Part I〉免洗與水洗錫膏的可靠度評估(第一部分)
發布機構:IPC 技術資源 - Alduchov, O. A. 與 Eskridge, R. E.〈Improved Magnus Form Approximation of Saturation Vapor Pressure〉飽和水氣壓的改良 Magnus 近似式(露點計算的公式)
發布機構:美國氣象學會(AMS)《Journal of Applied Meteorology》 - 美國國家氣象局(NWS)露點計算頁(由溫度與相對濕度算露點)
發布機構:美國國家氣象局(National Weather Service)
本文為一般情況的整理,不是標準條文或論文的轉述,也不構成對您製程的背書。廠房的溫濕度窗口,請以您採用的 J-STD-033 版本、錫膏廠文件、客戶規範與您自己的驗證為準;此為一般情況,仍需視個案而定。