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      產品應用常識

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      清潔度檢測與清潔度分析儀器

      提供 來源:公眾號      日期:2020年05月21日
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      清潔度檢測與清潔度分析儀器


      清潔度在機械工業和微電子行業中,受到越來越多的關注。本文主要對清潔度的概念、顆粒物清潔度和離子污染物的檢測方法做了簡單的介紹,并結合本實驗室的情況,介紹清潔度檢測的相關設備。
      1、前言
      1.1 清潔度概念
      清潔度表示清洗后在零件或產品一定表面上殘留的污物的量。一般來說,污物的量包括種類、形狀、尺寸、數量、重量等衡量指標。
      1.2 清潔度檢測的必要性
      1.2.1汽車清潔度的控制
      清潔度控制是保證產品在生產過程中符合質量要求的重要環節表明。它對汽車的影響主要表現兩方面:
      一方面,對產品性能的影響。例如燃油管路堵塞造成發動機啟動困難或功率不足,潤滑油路堵塞導致機油壓力不足或無壓力使運動副之間摩擦力增 大,發動機不能發揮有 效功率,甚至引起拉缸故障制動管路堵塞,將減低 制動效果,或造成制動失靈。
      另一方面,對整車壽命的影響。國內某廠做了一次清潔度對發動機壽命影響的試驗,統計數據顯示,對柴油機的零件和整機進行清潔度處理之后,壽命較之前提高了一倍以上。
      1.2.2 電路板清潔度的控制
      電路板的使用性能直接與有源電路所有面積上焊盤和孔之間的可見、不可見殘留物的特定量有關。在一個潮濕的環境下,離子污染會造成許多問題,如結晶的生長引起的導體之間的短路,或者直接腐蝕導體而降低產品的表面阻抗。對于電路板來說,保證產品的可靠性而言,監控離子污染的程度顯得尤為重要。
      集成電路生產中可能接觸到的主要污染物有:微粒雜質、無機離子、有 機物質、微生物以及氣體雜質等。從廣義上說,不適宜的溫度、濕度、照度、超過限度的靜電電磁噪聲、空氣噪聲以及微振動等,也都是特殊的污染物。其中,微粒雜質、無機離子、有 機物質、微生物以及氣體雜質的數量超過一定限度時,就會使集成電路產品發生表面擦傷、圖形斷線、短路、針 孔、剝離等現象,導致電路漏電、電特性異常。輕者影響電路性能和使用壽命,嚴重時可導致電路報廢。不適宜的溫度、濕度、照度和超限的靜電、振動和噪聲不僅影響工藝設備的加工精度和使用壽命,而且也會影響操作人員的情緒,進而影響集成電路產品質量、生產效率和成品率,由于污染問題造成產品失效的比例可能高達60%以上。
      2、清潔度檢測方法
      清潔度測試方法對過程控制、品質保證和失效分析很重要,測試方法是概括用于獲得有關測試主體如各種機械、電子零件清潔度數據的詳細程序。
      有些工件表面的污染物可以直接檢測,有些則要用間接的方法檢測。如機械中部件和系統空腔的清潔度,通常用間接的方法,用所采用的工作液或工藝用液(清洗液)的污染度來確定,如液壓系統的清潔度用檢測液壓油的清潔度來確定。間接檢測主要涉及到油樣的采集、油樣的凈化及稱重。CTI清潔度實驗室在大量開展直接清洗法的基礎上,也在著手研發間接清洗法。
      離子污染度也是用間接的方法來測定的,先用試驗液沖洗線路板板面,把離子污染溶解在沖洗液中,再檢測萃取液的電阻率或電導率,主要的檢測方法有NaCl當量法和離子色譜法。
      2.1方法概述
      對于顆粒物的清潔度,常用的檢測方法有以下5種:目視檢測法,熒光發光法,稱重法,接觸角法,顆粒尺寸數量法。
      對于電路板清潔度的測試,主要有NaCl當量法和離子色譜法。
      目視檢測法
      視檢查法是相對比較簡單的一種檢測方法,由人工直接用眼睛在放大鏡或顯微鏡下對零件可觀察到的外表面或內腔表面進行檢查。進而鑒別污染顆粒是否為金屬、非金屬或纖維,及其尺寸大小。目檢法主要用來檢查殘留在零件表面的比較大而明顯的顆粒、斑 點、銹斑等污染,該方法主要的缺點是檢查的結果易受人為因素干擾。
      熒光發光法
      主要是利用紫外線來檢測零件表面的清潔度。在紫外線的照射下,表面的污染物顆粒會發出熒光。根據發熒光即可目測污物在零件表面的位置,熒光強度也可以應用信號檢測儀測試從而表示表面被污染的程度。但如果要識別污染物的成分等特性,必 須借助其它分析法。
      接觸角法
      所謂接觸角,就是液體在固體表面形成熱力學平衡時所持有的角。對固體和液體之間形成的接觸角的測量,是在粘著、表面處理及聚合體表面分析等眾多類似領域廣為知曉的分析技術,是對多個單位的單層變化也十分敏 感的表面分析技術。接觸角法主要是運用表面清潔度分析儀實現的,它通過分析受油污染的玻璃、芯片、PCB 板等材料的表面接觸角(水滴角)與玻璃、芯片的角度的區別,來評估玻璃、芯片、PCB 板的清潔程度的方法。
      稱重法
      稱重法是一種工業生產和試驗中常用的清潔度測試方法。也是本實驗室最 常用的測試方法。其測試原理是使用選定的清洗液在一定條件下對一定數量的試樣進行清洗。將清洗后的液體通過一定孔徑的的Millipore濾膜進行過濾(常用的濾膜孔徑有5μm,10μm,20μm,30μm等),污物被收集在濾膜表面上。對過濾前后的濾膜進行稱量,兩次稱重的差值,即為污染物的重量。
      顆粒尺寸數量法
      百賀儀器清潔度檢測儀
      是一種零件清潔度測試的新方法。其基本原理是根據被檢測的表面與污染物顆粒具有不同的光吸收或散射率。其測試方法是:與重量法的處理方法相同,待濾紙干燥后,用顯微鏡(最 佳設備是具有拍照功能的圖像識別和分析設備)在光照射下檢測,按顆粒尺寸和面積即可得到所測零件的固體顆粒污染物結果。它適用精 密清洗定量化的清潔度檢測方法,尤其適用于檢測微小顆粒和帶色雜質顆粒。但是,如果濾膜是白色的,那么對白色污物和氣泡的識別可能引起誤判。
      ISO 4407:2002 液壓傳動,液體污染,光學顯微鏡測定顆粒污染度的方法中對顆粒尺寸的測量示意圖。使用顯微鏡進行數據分析時,對濾膜上至少10個區域的顆粒進行計數,并確??傤w粒數不少于150個。
      NaCl當量法
      溶液中可導電離子的量可以簡單地用溶液的電導率來表示。根據已知量的NaCl在萃取液中的電導率可以簡單的給出未知導電離子含量。具體操作方法如下:每250mm2的印制板用100ml的溶液以細流方式沖洗,直到溶液全部收集到燒杯內(該過程至少需要1min)。用電導率測試儀測試溶液的電阻率。結果輸出方式是用每平方厘米面積上的NaCl當量來表示的。
      2.2 方法的選擇
      工業生產過程,不同于研究開發部門的實驗室,并不能具有多種精 密儀器應用復雜的過程來進行零件的清潔度檢測。生產實際中需要的是穩定的、易于量化的、容易追溯跟 蹤、可以重復的清潔度測試方法,同時要滿足低成本,操作簡便快捷、速度跟得上生產節拍。測試方法的選擇應考慮以上幾個方面,同時也要分析以下要求。通常選擇是,要兼顧測量的精度及質量監控的深 度兩方面來進行。

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