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清潔度檢測(cè)與相關(guān)儀器

  • 2016/1/27
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  清潔度在機(jī)械工業(yè)和微電子行業(yè)中,受到越來越多的關(guān)注。本文主要對(duì)清潔度的概念、顆粒物清潔度和離子污染物的檢測(cè)方法做了簡單的介紹,并結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的情況,介紹清潔度檢測(cè)的相關(guān)設(shè)備。

1 前言

  1.1 清潔度概念

  清潔度表示清洗后在零件或產(chǎn)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(shù)量、重量等衡量指標(biāo)。

  1.2 清潔度檢測(cè)的必要性

  1.2.1汽車清潔度的控制

  清潔度控制是保證產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中符合質(zhì)量要求的重要環(huán)節(jié)表明。它對(duì)汽車的影響主要表現(xiàn)兩方面:

  一方面,對(duì)產(chǎn)品性能的影響。例如燃油管路堵塞造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難或功率不足,潤滑油路堵塞導(dǎo)致機(jī)油壓力不足或無壓力使運(yùn)動(dòng)副之間摩擦力增大,發(fā)動(dòng)機(jī)不能發(fā)揮有效功率,甚至引起拉缸故障制動(dòng)管路堵塞,將減低制動(dòng)效果,或造成制動(dòng)失靈。

  另一方面,對(duì)整車壽命的影響。國內(nèi)某廠做了一次清潔度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命影響的試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,對(duì)柴油機(jī)的零件和整機(jī)進(jìn)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(guān)。在一個(gè)潮濕的環(huán)境下,離子污染會(huì)造成許多問題,如結(jié)晶的生長引起的導(dǎo)體之間的短路,或者直接腐蝕導(dǎo)體而降低產(chǎn)品的表面阻抗。對(duì)于電路板來說,保證產(chǎn)品的可靠性而言,監(jiān)控離子污染的程度顯得尤為重要。

電路板的清潔度

圖1 電路板的清潔度

  集成電路生產(chǎn)中可能接觸到的主要污染物有:微粒雜質(zhì)、無機(jī)離子、有機(jī)物質(zhì)、微生物以及氣體雜質(zhì)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(dòng)等,也都是特殊的污染物。其中,微粒雜質(zhì)、無機(jī)離子、有機(jī)物質(zhì)、微生物以及氣體雜質(zhì)的數(shù)量超過一定限度時(shí),就會(huì)使集成電路產(chǎn)品發(fā)生表面擦傷、圖形斷線、 短路、針孔、剝離等現(xiàn)象,導(dǎo)致電路漏電、電特性異常。輕者影響電路性能和使用壽命,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致電路報(bào)廢。不適宜的溫度、濕度、照度和超限的靜電、振動(dòng)和噪聲不僅影響工藝設(shè)備的加工精度和使用壽命,而且也會(huì)影響操作人員的情緒,進(jìn)而影響集成電路產(chǎn)品質(zhì)量、 生產(chǎn)效率和成品率,由于污染問題造成產(chǎn)品失效的比例可能高達(dá)60%以上。

2 清潔度檢測(cè)方法

  清潔度測(cè)試方法對(duì)過程控制、品質(zhì)保證和失效分析很重要,測(cè)試方法是概括用于獲得有關(guān)測(cè)試主體如各種機(jī)械、電子零件清潔度數(shù)據(jù)的詳細(xì)程序。

  有些工件表面的污染物可以直接檢測(cè),有些則要用間接的方法檢測(cè)。如機(jī)械中部件和系統(tǒng)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(tǒng)的清潔度用檢測(cè)液壓油的清潔度來確定。間接檢測(cè)主要涉及到油樣的采集、油樣的凈化及稱重。CTI清潔度實(shí)驗(yàn)室在大量開展直接清洗法的基礎(chǔ)上,也在著手研發(fā)間接清洗法。

  離子污染度也是用間接的方法來測(cè)定的,先用試驗(yàn)液沖洗線路板板面,把離子污染溶解在沖洗液中,再檢測(cè)萃取液的電阻率或電導(dǎo)率,主要的檢測(cè)方法有NaCl當(dāng)量法和離子色譜法。

  2.1方法概述:

  對(duì)于顆粒物的清潔度,常用的檢測(cè)方法有以下5種:目視檢測(cè)法,熒光發(fā)光法,稱重法,接觸角法,顆粒尺寸數(shù)量法。

  對(duì)于電路板清潔度的測(cè)試,主要有NaCl當(dāng)量法和離子色譜法。

  目視檢測(cè)法

  視檢查法是相對(duì)比較簡單的一種檢測(cè)方法,由人工直接用眼睛在放大鏡或顯微鏡下對(duì)零件可觀察到的外表面或內(nèi)腔表面進(jìn)行檢查。進(jìn)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(diǎn)、銹斑等污染,該方法主要的缺點(diǎn)是檢查的結(jié)果易受人為因素干擾。

  熒光發(fā)光法

熒光分析法測(cè)試原理

圖2 熒光分析法測(cè)試原理

  主要是利用紫外線來檢測(cè)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(huì)發(fā)出熒光。根據(jù)發(fā)熒光即可目測(cè)污物在零件表面的位置,熒光強(qiáng)度也可以應(yīng)用信號(hào)檢測(cè)儀測(cè)試從而表示表面被污染的程度。但如果要識(shí)別污染物的成分等特性,必須借助其它分析法。

德國SITA在線式油污檢測(cè)儀

圖3 德國SITA在線式油污檢測(cè)儀

  接觸角法

  所謂接觸角,就是液體在固體表面形成熱力學(xué)平衡時(shí)所持有的角。對(duì)固體和液體之間形成的接觸角的測(cè)量,是在粘著、表面處理及聚合體表面分析等眾多類似領(lǐng)域廣為知曉的分析技術(shù),是對(duì)多個(gè)單位的單層變化也十分敏感的表面分析技術(shù)。接觸角法主要是運(yùn)用表面清潔度分析儀實(shí)現(xiàn)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(qū)別,來評(píng)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(yè)生產(chǎn)和試驗(yàn)中常用的清潔度測(cè)試方法。也是本實(shí)驗(yàn)室最常用的測(cè)試方法。其測(cè)試原理是使用選定的清洗液在一定條件下對(duì)一定數(shù)量的試樣進(jìn)行清洗。將清洗后的液體通過一定孔徑的的Millipore濾膜進(jìn)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(duì)過濾前后的濾膜進(jìn)行稱量,兩次稱重的差值,即為污染物的重量。

  顆粒尺寸數(shù)量法

清潔度檢測(cè)儀

安捷萊清潔度檢測(cè)儀

  是一種零件清潔度測(cè)試的新方法。其基本原理是根據(jù)被檢測(cè)的表面與污染物顆粒具有不同的光吸收或散射率。其測(cè)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(shè)備是具有拍照功能的圖像識(shí)別和分析設(shè)備)在光照射下檢測(cè),按顆粒尺寸和面積即可得到所測(cè)零件的固體顆粒污染物結(jié)果。它適用精密清洗定量化的清潔度檢測(cè)方法,尤其適用于檢測(cè)微小顆粒和帶色雜質(zhì)顆粒。但是,如果濾膜是白色的,那么對(duì)白色污物和氣泡的識(shí)別可能引起誤判。

顆粒物分析

圖4 顆粒物分析

  圖4是ISO 4407:2002 液壓傳動(dòng),液體污染,光學(xué)顯微鏡測(cè)定顆粒污染度的方法中對(duì)顆粒尺寸的測(cè)量示意圖。使用顯微鏡進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí),對(duì)濾膜上至少10個(gè)區(qū)域的顆粒(見圖2)進(jìn)行計(jì)數(shù),并確保總顆粒數(shù)不少于150個(gè)。

  NaCl當(dāng)量法

  溶液中可導(dǎo)電離子的量可以簡單地用溶液的電導(dǎo)率來表示。根據(jù)已知量的NaCl在萃取液中的電導(dǎo)率可以簡單的給出未知導(dǎo)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(xì)流方式?jīng)_洗,直到溶液全部收集到燒杯內(nèi)(該過程至少需要1min)。用電導(dǎo)率測(cè)試儀測(cè)試溶液的電阻率。結(jié)果輸出方式是用每平方厘米面積上的NaCl當(dāng)量來表示的。

  2.2 方法的選擇

  工業(yè)生產(chǎn)過程,不同于研究開發(fā)部門的實(shí)驗(yàn)室,并不能具有多種精密儀器應(yīng)用復(fù)雜的過程來進(jìn)行零件的清潔度檢測(cè)。生產(chǎn)實(shí)際中需要的是穩(wěn)定的、易于量化的、容易追溯跟蹤、可以重復(fù)的清潔度測(cè)試方法,同時(shí)要滿足低成本,操作簡便快捷、速度跟得上生產(chǎn)節(jié)拍。測(cè)試方法的選擇應(yīng)考慮以上幾個(gè)方面,同時(shí)也要分析以下要求。通常選擇是,要兼顧測(cè)量的精度及質(zhì)量監(jiān)控的深度兩方面來進(jìn)行。

3 清潔度設(shè)備簡介

  SITA公司成立于1996年,公司位于德國德累斯頓。主要專門從事先進(jìn)的氣泡壓力法測(cè)試動(dòng)態(tài)表面張力,以及熒光法檢測(cè)污染物的研發(fā)和儀器生產(chǎn)。其生產(chǎn)的在線式油污檢測(cè)儀儀可用于鋼鐵,汽車等行業(yè)的零配件的在線連續(xù)測(cè)試??蓸O大的監(jiān)控及優(yōu)化清洗過。例如油、潤滑脂、冷卻液、脫模蠟或表面活性劑的輕微污染都會(huì)導(dǎo)致隨后工序的表面缺陷,從而提高了成本。通過Clean Line CI在線油污檢測(cè)儀對(duì)于零件表面的定期檢查可確保所需的清潔度水平。如果清潔度下降,則可采取進(jìn)一步行動(dòng)如立即補(bǔ)充清潔劑或者進(jìn)行清洗槽維護(hù)。

  了解更多信息請(qǐng)致電:18566398802。