濕氣如何影響 傳感器敏感元件？

隨著濕氣擴(kuò)散，傳感器敏感元件上接觸濕氣的元件或?qū)щ娡凡煌?，可能引發(fā)多種功能故障。濕氣會在環(huán)氧玻璃、樹脂、玻璃界面及板件裂紋中滋生，常見問題包括電路速度變慢、設(shè)備功能延遲；若問題超出一定限度，設(shè)備可能直接無法啟動。

相關(guān)測試表明，傳感器敏感元件存在吸濕與脫濕效應(yīng)：在帶有不同密度過孔的 PCB 中，截留的濕氣會因孔間距不同而呈現(xiàn)不同脫濕速率；高飽和度的 PCB 在高溫環(huán)境下，脫濕過程可能需要數(shù)百小時。

若傳感器敏感元件所處環(huán)境的大氣濕壓超過板件及元件的耐受度，濕氣就會滲透進(jìn)入。為防止?jié)駳鈱?dǎo)致的分層，焊接操作需滿足以下條件：高溫焊接（約 260 攝氏度）時，PCB 含水率需低于 0.1%；低溫焊接（約 230 攝氏度）時，含水率需低于 0.2%。

濕氣為何會進(jìn)入傳感器敏感元件內(nèi)部？

常見途徑

1. 冬季冷空氣接觸：低溫環(huán)境下，空氣中的熱量不足以容納濕氣，濕氣會在冷表面凝結(jié)。若傳感器敏感元件所在設(shè)備表面溫度低于空氣溫度，就會像冬季窗戶起霧一樣，成為濕氣凝結(jié)的 “載體”。
2. 組裝過程：組裝時，空氣中的水汽顆?？赡苈湓趥鞲衅髅舾性砻妫蝗艉附忧八麛U(kuò)散至層間，會導(dǎo)致傳感器敏感元件出廠即存在缺陷。即便后續(xù)采取除濕措施，也可能讓板件面臨更多濕氣暴露風(fēng)險。
3. 烘烤操作：作為常見的除濕手段，烘烤過程中也可能出現(xiàn)濕氣膨脹 —— 升溫時，傳感器敏感元件 內(nèi)部濕氣分子會瞬間膨脹，雖大部分最終會被排出，但瞬時膨脹可能導(dǎo)致濕氣不可逆地擴(kuò)散至更深層。

濕氣是傳感器的“隱形殺手”，會導(dǎo)致短路、精度下降甚至永久性損壞。避免濕氣進(jìn)入傳感器需從設(shè)計防護(hù)、工藝處理、使用維護(hù)三方面綜合施策，核心是構(gòu)建“物理阻隔+主動管理”的雙重防線。以下是具體方案:

一、設(shè)計階段:從源頭阻斷濕氣路徑

1.高等級IP防護(hù)設(shè)計

IP等級選擇:根據(jù)應(yīng)用場景選擇防水等級，如戶外/水下場景需IP67及以上(完全防塵，可短時間浸水)，潮濕工業(yè)環(huán)境建議IP65(防噴水)。

密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化:采用螺紋密封、0型圈、激光焊接等工藝，確保外殼縫隙(如接口、按鈕)完全封閉。例如，磁致伸縮位移傳感器通過多層密封圈+螺母緊固，阻斷水分沿螺紋滲入。

2.透氣不透水的膜技術(shù)

防水透氣膜:在傳感器進(jìn)氣口或外殼上加裝ePTFE(膨體聚四氟乙烯)膜，允許氣體通過但阻擋液態(tài)水和濕氣。例如，氣體檢測儀的傳感器頭部覆蓋透氣膜，既能讓目標(biāo)氣體進(jìn)入，又能隔絕雨水和冷凝水。

防塵防水膜組合:惡劣環(huán)境(如高濕+粉塵)需疊加防塵膜，防止灰塵堵塞透氣孔，同時保持透氣性。

3.內(nèi)部防潮結(jié)構(gòu)

干燥劑內(nèi)置:在傳感器腔體內(nèi)放置蒙脫石干燥劑或分子篩，吸收殘留濕氣。例如，溫濕度傳感器內(nèi)部常封裝干燥劑，控制腔體內(nèi)濕度<40%RH。

疏水涂層:對電路板(PCB)和元件表面噴涂納米疏水涂層(如聚對二甲苯、氟化涂層)，形成分子級防護(hù)膜，阻止?jié)駳飧街蜐B透。

二、工藝制造:強(qiáng)化內(nèi)部防護(hù)能力

1.納米鍍膜技術(shù)替代傳統(tǒng)防護(hù):采用PECVD納米鍍膜(比頭發(fā)絲細(xì)10萬倍)，在傳感器芯片、電路板表面形成均勻防護(hù)層，同時解決防水、防鹽霧、絕緣問題。例如，經(jīng)納米鍍膜的傳感器在150℃高溫油中浸泡1350小時仍性能穩(wěn)定。

優(yōu)勢:相比灌封(環(huán)氧樹脂)，納米鍍膜更輕薄(不影響散熱)、易維修(無需破壞封裝)，且成本降低約20%。

2.灌封與密封工藝

柔性灌封材料:對敏感元件(如應(yīng)變計MEMS芯片)使用硅凝膠灌封，兼具密封性和緩沖性，避免熱脹冷縮導(dǎo)致的裂縫。例如，汽車空氣流量傳感器采用自修復(fù)硅凝膠，輕微損傷可自動恢復(fù)。

真空密封:對高精度傳感器(如光學(xué)傳感器)采用玻璃-金屬焊接+環(huán)氧樹脂密封，創(chuàng)造氣密環(huán)境，阻止?jié)駳鉂B透。

三、使用維護(hù):動態(tài)管理濕氣風(fēng)險

1.定期檢查與校準(zhǔn)

防潮維護(hù):每3-6個月清潔傳感器表面，檢查密封圈是否老化、透氣膜是否堵塞。例如，稱重傳感器需定期打開外殼，更換干燥劑并測試應(yīng)變計絕緣電阻(應(yīng)>5000MΩ)。

濕度補(bǔ)償:在高濕環(huán)境下，通過算法對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濕度補(bǔ)償(如溫濕度傳感器根據(jù)環(huán)境濕度修正讀數(shù))，或增加校準(zhǔn)頻率(如氣體檢測儀從每月1次改為每兩周1次)。

2.環(huán)境隔離與輔助設(shè)備

防護(hù)罩/外殼:為傳感器加裝防水防護(hù)罩(如塑料或不銹鋼材質(zhì))，阻擋雨水、噴淋水直接接觸。例如，戶外溫濕度傳感器安裝在帶遮陽板的防水箱內(nèi)，同時預(yù)留通風(fēng)孔。

遠(yuǎn)程監(jiān)測:將傳感器核心部件(如電路板)置于干燥環(huán)境，通過無線傳輸模塊(如LoRa藍(lán)牙)遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)，減少濕氣暴露。

四、新興技術(shù):主動防潮與智能預(yù)警

1.自修復(fù)材料

采用自修復(fù)硅凝膠或形狀記憶聚合物，當(dāng)防護(hù)層出現(xiàn)微小裂縫時，材料可自動填充修復(fù)，持續(xù)阻擋濕氣。例如，某工業(yè)機(jī)器人傳感器使用自修復(fù)凝膠后，鹽霧環(huán)境下的壽命從3個月延長至2年。

2.濕氣監(jiān)測與預(yù)警

在傳感器內(nèi)部集成微型濕度傳感器，實時監(jiān)測腔體內(nèi)濕度，當(dāng)超過閾值(如>60%RH)時觸發(fā)報警，提醒用戶及時維護(hù)。例如，部分高端壓力傳感器內(nèi)置濕度監(jiān)測芯片，可通過APP推送防潮提醒。