清潔度在機(jī)械工業(yè)和微電子行業(yè)中，受到越來(lái)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(jiǎn)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(rùn)滑油路堵塞導(dǎo)致機(jī)油壓力不足或無(wú)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(guó)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(pán)和孔之間的可見(jiàn)、不可見(jiàn)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(wèn)題，如結(jié)晶的生長(zhǎng)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(lái)說(shuō)，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。

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(wú)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(shuō)，不適宜的溫度、濕度、照度、超過(guò)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(wú)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(guò)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(wèn)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(guò)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(lái)確定，如液壓系統(tǒng)的清潔度用檢測(cè)液壓油的清潔度來(lái)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(kāi)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(lái)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(jiǎn)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(lái)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

圖2 熒光分析法測(cè)試原理

　　主要是利用紫外線來(lái)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。

圖3 德國(guó)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(guò)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(lái)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(guò)一定孔徑的的Millipore濾膜進(jìn)行過(guò)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(guò)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

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。

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(jiàn)圖2)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并確?？傤w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(jiǎn)單地用溶液的電導(dǎo)率來(lái)表示。根據(jù)已知量的NaCl在萃取液中的電導(dǎo)率可以簡(jiǎn)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(guò)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(lái)表示的。

　　2.2 方法的選擇

　　工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，不同于研究開(kāi)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(guò)程來(lái)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(jiǎn)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(lái)進(jìn)行。

3 清潔度設(shè)備簡(jiǎn)介

　　SITA公司成立于1996年，公司位于德國(guó)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(guò)。例如油、潤(rùn)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(guò)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)。

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