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洁净度测试技术从实验室走向车间

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-04-15  浏览次数:369
核心提示:在上个世纪七十年代,现代武器中使用的电子装置大量地增加,对可靠性的要求也提高了。例如,美国和英国制定军事计划的人员认识到
在上个世纪七十年代,现代武器中使用的电子装置大量地增加,对可靠性的要求也提高了。例如,美国和英国制定军事计划的人员认识到,一艘具有核威慑作用的潜艇如果一次又一次需要停在港口对电子装置进行修理,那么它就毫无用处。

 

对军事电子装置的一个重大威胁是锡须和金属互化物。这个问题一直都存在,而它们最终会引起短路。在潮湿的环境和有电的情况下,如果组装件上的离子污染过多,可能会造成问题,例如由于电解锡须的生长、导体的腐蚀,或者绝缘电阻降低,会引起电路板上的走线短路。

 

解决这个问题的办法是根除离子污染,然而在实际工作中,减少湿气或者电路的偏置电压几乎不可能,因而不可能完全消除所有的污染。所以在当时,军事当局为他们的承包商定下一条界线来确定电路板上的离子污染可以和不可以接受的程度。这个规定至今没有改变,但最初规定的氯化纳等效含量降低到今天的1.5μg/cm2(见IPC-J-STD001D标准第8.3.6.2节),而对于现代的密集型电路板组装件则常用标准大约为0.2μg/cm2。

 

不过,如何测定污染本身就是一个挑战。最初,军方拥有一种在实验室中使用的、极为有用的工艺控制工具。而在商业市场中,很多高可靠性电子产品制造商需要一种方法证明其产品品质,因而抓住了这项军用标准,他们需要的其实是一种简单的自动测试仪。后来,产业界的一位巨人,来自Protonique公司的Brian Ellis把它做成商品,于是实用的Contaminometer(污染度测试仪)诞生了。

 

以前只在实验室可以看到的整洁度测试仪已经用到了生产线上。

 

自那时起,污染度测试仪一直在高可靠性制造商的实验室里辛勤地、默默无闻地测试偶尔送来的样品,确保污染低于规定的数值。但是,随着无铅焊接技术的出现,这一切都变了。以前,锡铅焊接容许工艺参数的变化较大,无铅焊接则不然,工艺控制窗口要窄得多,制造工程师需要一种帮助他们维持工艺平稳地进行的工具,答案就是污染度测试仪。

 

离子污染的源头

 

免洗电子组装件是蒙特利尔协议的结果。蒙特利尔协议是得到全球支持的倡议,目的是消除CFC。免洗电子组装件出现之前,助焊剂中含松香(松树的树液)和酒精,使松香处在液体状态。在老式助焊剂中,松香占的比例在百分之十五至百分之五十之间。之所以需要助焊剂,有两个原因:一是清除PCB板和元件表面上的氧化物,因而正确地形成合金;二是起传热介质的作用,确保焊接温度是正确的。助焊剂在完成任务之后,要用很强的溶剂把印刷电路板上的助焊剂残留物去掉。

 

然而,蒙特利尔协议不容许使用这种工艺。解决的办法是采用免洗工艺,留在电路板组装件上的助焊剂残留物是安全的。但是,用固体含量高的传统助焊剂是不能达到这个安全的水平──它们的侵蚀性太强,也太脏。助焊剂厂商开发了“固体含量低”的助焊剂,它的残留物可以一直留在板上,不必清洗,因而深受欢迎,但是对工艺控制的要求提高了。

 

不过,助焊剂并不是电子组装过程中产生污染的唯一来源。常见的离子污染源有蚀刻、电镀、镀锡或者整平助焊剂残留物、质量不好的阻焊膜、永久性或者临时性阻焊膜未完全固化、粉尘、潮气、手指上的油污、元件的包装材料,以及维护机器时使用的润滑油(尤其是波峰焊传送带上的润滑油)。

 

对于高可靠性产品供应商,例如为航空航天部门提供电子产品的供应商,他们不想对组装件进行清洗,又不能冒组装后污染超标的风险,任何不干净的做法都会带来严重的问题,故障可能是性命攸关的大事。于是厂商用污染度测试仪定期地对样品进行测试,用这个办法解决这个问题,确保产品是“干净”的。

 

一般用途的产品,例如计算器、烟雾检测器和电子玩具,如果偶然坏了,只不过是收回换一个的问题,不会惹上官司。对于这类产品的制造商来讲,在过去并不要求使用污染度测试仪。

 
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