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高效清潔度分析的關(guān)鍵因素

更新時(shí)間:2023-12-09      點(diǎn)擊次數:473

本文概述了影響汽車(chē)和電子制造業(yè)的高效清潔度分析過(guò)程的關(guān)鍵因素。
在汽車(chē)和電子行業(yè),零部件上細小的污染顆粒物也可能影響產(chǎn)品的性能,導致產(chǎn)品出現故障,或使用壽命縮短。對于汽車(chē)來(lái)說(shuō),過(guò)濾系統很容易受到影響。對于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō),印刷電路板(PCB)或連接器上的污染可能會(huì )導致短路。因此,清潔度在現代制造業(yè)的質(zhì)量控制中占有核心地位,特別是使用由不同供應商生產(chǎn)的部件時(shí),更要重點(diǎn)關(guān)注清潔情況。車(chē)輛或設備的關(guān)鍵部件如果受到污染,整個(gè)系統就可能發(fā)生故障。因此,高效清潔度分析過(guò)程必須始于供應商這一環(huán)。
本文將討論以下幾點(diǎn):

  • 高效清潔度分析的核心因素

  • 整體分析工作流程的優(yōu)化

介紹


對于汽車(chē)和電子行業(yè)的許多產(chǎn)品而言,在生產(chǎn)和裝配的各個(gè)階段中,零部件上都不能有灰塵或雜質(zhì)顆粒。顆粒物污染可能會(huì )引發(fā)部件缺陷,進(jìn)而降低其性能和使用壽命。因此,這兩個(gè)行業(yè)在制造組件和產(chǎn)品時(shí),常常會(huì )花費大量的時(shí)間和成本來(lái)追蹤顆粒物并去除它們。不過(guò),如果維持技術(shù)清潔度的方法效率不高,則會(huì )增加生產(chǎn)成本。
在汽車(chē)行業(yè)中,燃料噴射系統、燃料過(guò)濾系統、潤滑油和尿素(選擇性催化減少排放)的過(guò)濾系統、泵、發(fā)動(dòng)機和變速箱控制單元、混合動(dòng)力驅動(dòng)部件和其他微機械部件中的殘留污染會(huì )嚴重影響產(chǎn)品的可靠性和使用壽命[1,2]。
在電子行業(yè)中,細小的顆粒物可能會(huì )導致高功率密度的元件發(fā)生故障,因此元件的清潔度非常重要。印刷電路板(PCB)等元件經(jīng)常有亞微米級的間隙和納米級的特征。例如,導電顆??梢酝ㄟ^(guò)在兩個(gè)觸點(diǎn)之間形成直接的傳導路徑,或者通過(guò)縮短兩點(diǎn)之間的距離增加電介質(zhì)擊穿的概率,從而導致PCB短路[3,4]。
電動(dòng)汽車(chē)(e-mobility)[5]同時(shí)具有機械和電子部件,因此產(chǎn)品需要同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)行業(yè)的技術(shù)清潔度要求。
本文介紹了影響高效清潔度分析的核心因素,以及優(yōu)化整個(gè)工作流程的方法。


高效清潔度分析的規范

為了高效、經(jīng)濟地開(kāi)展清潔度分析,所有參與生產(chǎn)的各方(通常是零部件供應商和產(chǎn)品制造商)都必須根據產(chǎn)品的要求,預先就產(chǎn)品規格達成一致。各方必須明確標準要求,比如有可能造成損害的顆粒特性,要遵循哪些標準和規范,以及記錄結果的最佳方式等[2]。
自動(dòng)化進(jìn)行顆粒分析有助于實(shí)現高效的清潔過(guò)程。光學(xué)顯微鏡是一種被廣泛應用的標準方法,可以快速自動(dòng)分析提取的顆粒,確定它們的數量、大小和其他具體屬性[2,6,7]。通過(guò)其他技術(shù)(如粒子計數或掃描電子顯微鏡)獲得的結果不能與光學(xué)顯微鏡的結果相較,因為兩者采用的是不同的檢測方法[6,7]。

哪些測量參數是最有用的?

根據顆粒的尺寸(長(cháng)、寬、高)和材料特性,可以將其分為多種類(lèi)別。一般來(lái)說(shuō),由碳化物、金屬或陶瓷組成的顆粒都質(zhì)地堅硬,可以研磨,比如剛玉(氧化鋁)就屬于這類(lèi)材料;而由塑料和其他有機材料組成的顆粒則質(zhì)地柔軟,研磨性欠佳。金屬和半導體陶瓷顆粒還具有導電性,因此,它們損壞電子元件的可能性很大。
就元件造成損害的風(fēng)險而言,對于汽車(chē)工業(yè)來(lái)說(shuō),較高的硬質(zhì)顆粒(如碳化物、金屬、陶瓷等)比長(cháng)而軟的塑料纖維更容易造成損害,因為它們的研磨性和磨蝕性更高。對于電子工業(yè)來(lái)說(shuō),金屬顆粒的導電性最高,尺寸超過(guò)200μm的顆粒[3]最容易導致電路板短路。

國際和區域清潔度標準

制造商和用戶(hù)可以利用標準化方法和手段獲得可靠、可重復、可比較的清潔度結果。
汽車(chē)行業(yè)的主流標準是VDA 19.1[6]和ISO 16232[7],它們給出了定義和常用參數的范圍,如:用于清潔度分析的顆粒等級的大小和成分,顆粒識別的閾值,圖像設置等。
VDA 19.1標準提到,除光學(xué)顯微鏡外,其他方法如SEM、能量色散譜(EDS)和激光誘導擊穿光譜(LIBS)也能可靠、有效地識別顆粒污染的來(lái)源[6,8]。LIBS可用于在空氣中用光學(xué)顯微鏡直接分析樣品,無(wú)需額外花時(shí)間制備樣品,也不需要將樣品運送到另一臺儀器上進(jìn)行分析[6,8]。因此,與SEM/EDS相比,LIBS可以更快地確定顆粒成分,從而更有效地找出污染源[8]。
在電子行業(yè),清潔度的通用參考標準是ZVEI發(fā)布的一份指南(ZVEI=德國電氣和電子制造商協(xié)會(huì )),名為“電氣工程的技術(shù)清潔度"[4]。

理想的清潔度分析工作流程

汽車(chē)零部件的清潔工作流程包括5個(gè)主要步驟[6,7]:

  • 1.清洗/水洗部件;

  • 2.通過(guò)過(guò)濾清潔液來(lái)提取顆粒;

  • 3.分析過(guò)濾器上的顆粒;

  • 4.記錄顆粒的尺寸和其他特征;

評估造成損害的潛在風(fēng)險并確定污染源。

徠卡顯微系統和PALL公司簽訂了合作協(xié)議,致力于幫助終端用戶(hù)創(chuàng )建一套理想的整體清潔工作流程[9]。用戶(hù)可以同時(shí)與徠卡公司的顆粒分析專(zhuān)家和PALL公司的顆粒提取專(zhuān)家互動(dòng),以?xún)?yōu)化他們的樣品制備和清潔過(guò)程。
部分敏感的電子元件只能在無(wú)塵室中生產(chǎn)和清洗,才能避免空氣污染,達到可接受的技術(shù)潔凈度水平[3]。而對污染不太敏感的元件,則可以等生產(chǎn)結束后再行清潔[3]。向元件噴灑液體,或用溶液清洗元件,可去除元件表面殘留的顆粒。然后對液體或溶液進(jìn)行過(guò)濾,將過(guò)濾器烘干,再對過(guò)濾器上的顆粒進(jìn)行分析。
電子元件的清潔工作流程與汽車(chē)零部件非常相似,也是5個(gè)主要步驟[3,4]:

  • 1.向元件噴灑液體,或用溶液清洗元件;

  • 2.通過(guò)過(guò)濾噴灑的液體或清洗液來(lái)提取顆粒;

  • 3.分析過(guò)濾器上的顆粒;

  • 4.記錄顆粒的尺寸和其他特征;

  • 5.評估引發(fā)問(wèn)題的潛在風(fēng)險。

總結

汽車(chē)和電子業(yè)零部件上的顆粒污染物會(huì )產(chǎn)生負面影響,可能會(huì )降低產(chǎn)品性能或引發(fā)早期故障。對于汽車(chē),發(fā)動(dòng)機部件或過(guò)濾系統是重災區。對于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō),印刷電路板(PCB)上的污染物會(huì )導致短路。在過(guò)去的幾年里,市場(chǎng)對電動(dòng)汽車(chē)(e-mobility)的需求一直在增長(cháng)。制造電動(dòng)汽車(chē)需要滿(mǎn)足兩個(gè)行業(yè)的清潔標準。
顯然,技術(shù)清潔對于現代制造工藝的質(zhì)量控制非常重要。如果生產(chǎn)中需使用多個(gè)供應商提供的零部件,那么經(jīng)濟高效的清潔過(guò)程必須始于供應商這一環(huán)。
本文闡明了優(yōu)化清潔度分析和整體工作流程的核心因素。



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