離子污染測試儀測試方法及其影響因素分析

1、離子污染測試儀測試方法及其影響因素分析伊洪坤 李娜廣東正業(yè)科技有限公司摘要：本文敘述了離子污染測試儀測試印制板表面離子污染的測試條件、測試方法和測試過程，分析萃取液溫度和體積對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液和印制板清潔度測試的影響，從而確定儀器在測試過程中最佳的萃取液溫度和體積允許的變化范圍。實驗結(jié)果表明：離子污染測試儀的結(jié)構(gòu)因素和電導(dǎo)儀的靈敏度等對印制板表面離子污染測試會產(chǎn)生很大影響。關(guān)鍵詞：印制板；離子污染； NaCl標(biāo)準(zhǔn)液；重現(xiàn)性；精度中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： 文章編號：Test method and effect factors analysis ofionic contamination test

2、erAbstract: This paper introduces the conditions and methods of testing ionic contamination on PCB surface by Ionic Contamination Tester, analyzes the effect of temperature and volume of the extraction solution to NaCl standard solution and PCB testing, determined the permitted temperature and volum

3、e scope of extraction solution. The results show that: The structural factors and the sensitivity of the conductivity have a significant impact on the PCB ionic contamination test. Key words: PCB; Ion contamination; NaCl standard solution; Reproducibility; accuracy前言印制電路板生產(chǎn)工藝相當(dāng)復(fù)雜，不僅設(shè)備和制造工藝的科技含量高、工藝流

4、程長、用水量大，而且所用的化學(xué)藥品（包括各種添加劑）種類多、用量多，因此在印制電路板生產(chǎn)過程中會對印制板表面造成污染。印制板表面的清潔度是印制板測試的一項重要指標(biāo)，其重要性不言而喻。目前，主要采用離子污染測試儀對印制板表面離子污染進(jìn)行測試，進(jìn)口的離子污染測試儀價格昂貴，且售后服務(wù)周期長。廣東正業(yè)科技股份有限公司研發(fā)的離子污染測試儀無論是從價格、質(zhì)量還是服務(wù)上都比進(jìn)口產(chǎn)品更具優(yōu)勢，且已經(jīng)通過大量的應(yīng)用試驗與進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行比較予以了證明。本文通過大量的實驗來說明萃取液溫度和體積對氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)液、印制板表面離子污染測試的影響，確定了儀器測試過程中萃取液溫度和體積允許的變化范圍，以及測試的重現(xiàn)性和精度。

5、1 測試方法根據(jù)IPC-TM-650測試方法手冊 Detection and Measurement of Ionizable Surface Contamination，對印制板表面離子污染的測試主要有靜態(tài)測試法、動態(tài)測試法和人工萃取法，利用離子污染測試儀對印制板表面離子污染的測試分為靜態(tài)測試法和動態(tài)測試法，測試原理分別見圖1a和圖1b。a 靜態(tài)測試b 動態(tài)測試圖 1 靜態(tài)測試和動態(tài)測試流程示意圖靜態(tài)測試法是將印制板放入去離子后的異丙醇和去離子水混合萃取液中，印制板表面的離子污染物逐漸被萃取到溶液中，溶液的電導(dǎo)率不斷上升，直到溶液的電導(dǎo)率不再變化即停止測試。由于靜態(tài)測試中所有離子污染物均被萃

6、取到固定體積的萃取液中，因此最后顯示的數(shù)值就是印制板表面總的離子污染。動態(tài)測試方式是連續(xù)測試，測試和再生過程同時進(jìn)行，由水箱流出的萃取液首先經(jīng)過電導(dǎo)儀連續(xù)測試其電阻率，數(shù)據(jù)由電腦中運行的軟件進(jìn)行積分,其后溶液由泵進(jìn)入離子交換柱進(jìn)行凈化, 最后再流回水箱中，實現(xiàn)萃取溶液的循環(huán)。由于測試后再循環(huán)的溶液是超凈的，萃取溶液可以比靜態(tài)溶液實現(xiàn)更高的溶解性和離子化。污染物讀數(shù)的增量是一段時間的累加或集成，最后的污染物數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)NaCl相比較而得出NaCl面積的數(shù)值。本文主要討論靜態(tài)測試法。1.1 配萃取液異丙醇和去離子水按體積比3：1配制，32時測其比重，使比重達(dá)到0.85-0.855，此時的混合液即是工

7、作所需之萃取液。1.2測試條件水箱容積大約為14L，截面350450mm,設(shè)置有0水位、上水位及下水位，萃取液由異丙醇和去離子水組成，體積比為3：1，環(huán)境溫度控制在18-25，相對濕度在75% RH以下，萃取液恒溫于402進(jìn)行測試，采用靜態(tài)測試法。1.3 測試過程離子污染測試儀的測試過程主要包括儀器的預(yù)熱、萃取液的再生和測試等。測試過程見圖2。 預(yù)熱儀器工作時，要求萃取液預(yù)熱到40?！邦A(yù)熱”可手動選擇或取消。實際上，當(dāng)選擇“預(yù)熱”時，預(yù)熱、再生、測試這三者都會使萃取液強行加熱，使萃取液溫度恒定于402。再生初始時，會因測試時間長，萃取液溫度暫時低至約36，這是因為測試時再生管道封閉不流動的緣故

8、。再生后，會恢復(fù)至402。當(dāng)未選擇“預(yù)熱”時，萃取液處于不加熱狀態(tài)。 再生在每次進(jìn)行印制板測試或者標(biāo)準(zhǔn)液測試前都需要保證萃取液處于相對潔凈的狀態(tài)，需要先執(zhí)行萃取液再生。執(zhí)行該過程時，萃取液流經(jīng)離子交換柱，因此預(yù)熱萃取液再生參數(shù)設(shè)置進(jìn)行下一次測試將印制板放入測試槽測試顯示并保存結(jié)果取出印制板圖 2 離子污染測試儀測試過程示意圖萃取液電導(dǎo)率不斷下降，直至達(dá)到“清潔”狀態(tài)，即使萃取液電阻率達(dá)到測試條件（66 M-cm或50M-cm），此時對應(yīng)的萃取液電導(dǎo)率為0.015S/cm 或0.020S/cm。實際上，當(dāng)溶液電導(dǎo)率達(dá)到截止電導(dǎo)率時不會立刻自動停止控制程序，而是會切斷相關(guān)的管路電磁閥門，進(jìn)行一個測

9、試的循環(huán)過程，以保證其余管道內(nèi)的離子均被交換柱吸收，再進(jìn)行一個再生過程。此時，再生=再生+測試+再生，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后自動停止。如果萃取液的清潔度始終不能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，即再生過程始終不能完成，則應(yīng)根據(jù)萃取液使用時間長短考慮萃取液整體更換。1.3.3 測試測試過程本質(zhì)上是一個萃取印制板表面離子的過程和一個攪拌的過程，使S/cm2(根據(jù)測試基準(zhǔn)要求)。在測試過程中將顯示離子濃度曲線。隨著時間的延長，等價NaCl濃度曲線趨于平穩(wěn)，可以手動停止或通過設(shè)定時間自動停止測試過程。根據(jù)客戶要求可設(shè)定合格標(biāo)準(zhǔn)線，當(dāng)測試結(jié)果低于該線則表示印制板符合標(biāo)準(zhǔn)，否則為不合格。測試報告會以Excel表格自動記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。2.

10、計算方法IPC-TM-650測試方法手冊中規(guī)定以當(dāng)量氯化鈉質(zhì)量來表示印制板表面離子污染程度，當(dāng)量氯化鈉即是：當(dāng)萃取液中加入一定量的氯化鈉后，其電導(dǎo)率會發(fā)生變化，電導(dǎo)率的變化與氯化鈉的量成一定比例關(guān)系。測試中軟件自動將印制板電導(dǎo)率的變化值對應(yīng)于相應(yīng)的氯化鈉質(zhì)量，用這個質(zhì)量再除以印制板的面積即得到印制板表面的離子污染程度，用g/cm2 eq NaCl 表示。3.測試結(jié)果分析3.1 滴定標(biāo)準(zhǔn)NaCl溶液的測試3.1.1 重現(xiàn)精度分析控制環(huán)境溫度在18-25，相對濕度在75% RH以下，分別對不同質(zhì)量NaCl 標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行多次測試，觀察數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性和精確度，結(jié)果見圖3。從圖3中可以看出，對5ml 標(biāo)準(zhǔn)液

11、的多次測試數(shù)值相差較小，且均在誤差范圍之內(nèi)；對10ml 標(biāo)準(zhǔn)液的多次測試數(shù)值有一些差別，但誤差在允許范圍之內(nèi)，說明儀器對標(biāo)準(zhǔn)液的測試數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性較好，測試數(shù)據(jù)較接近真實值，精度較高。圖3 不同質(zhì)量NaCl標(biāo)準(zhǔn)液測試數(shù)據(jù)重現(xiàn)性和精度分析3.1.2 萃取液溫度對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液測試的影響在正常測試條件下，改變萃取液溫度對1ml 0.6g/l 標(biāo)準(zhǔn)NaCl 標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行多次測試，觀察萃取液溫度對標(biāo)準(zhǔn)液測試的影響，以確定最佳的溫度范圍，結(jié)果見圖4。從圖中可以看出，隨著萃取液溫度的升高，對NaCl 標(biāo)準(zhǔn)液測試的數(shù)值整體呈逐漸增大的趨勢，溫度對標(biāo)準(zhǔn)液的測試影響較大，40測試的數(shù)值比33.4測試的數(shù)值增大21.

12、3%，這是由于隨著溫度的升高溶液內(nèi)離子運動的速度加快，更有利于電導(dǎo)儀的測試，數(shù)值也更接近于真實值。另外從圖中可以看出，萃取液溫度由33升高到38.5的過程中，測試數(shù)值曲線較平穩(wěn)，但與真實值誤差較大，當(dāng)溫度升高超過38.5時測試數(shù)值突然增加，較接近真實值，且當(dāng)萃取液溫度繼續(xù)升高至儀器設(shè)定的40過程中多次測試的數(shù)值保持平穩(wěn)，當(dāng)溫度繼續(xù)升高超過41.5 時誤差超出允許范圍，由此可以確定對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液測試的最佳溫度范圍為38.541.5。圖 4 溫度對1ml NaCl標(biāo)準(zhǔn)液測試的影響3.1.3 萃取液體積對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液測試的影響控制環(huán)境溫度在1825，相對濕度在75% RH以下，改變萃取液體積分別

13、對1ml 0.6g/l NaCl標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行多次測試，觀察萃取液體積對標(biāo)準(zhǔn)液測試的影響，以確定所有數(shù)據(jù)均在誤差范圍內(nèi)時萃取液允許的體積變化范圍，結(jié)果見圖5。圖 5 萃取液體積對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液測試的影響圖中藍(lán)色虛線分別為1ml 0.6g/l NaCl 標(biāo)準(zhǔn)液測試的允許誤差范圍，實線分別為+40刻度、+30刻度、0刻度、-25刻度和-30刻度對1ml 0.6g/l NaCl 標(biāo)準(zhǔn)液多次測試的曲線（如圖例所示），從數(shù)據(jù)分析圖中可以看出，萃取液體積在-25+40刻度范圍內(nèi)變化時測試的數(shù)值均在誤差范圍，當(dāng)萃取液體積繼續(xù)減小時，測試的數(shù)據(jù)誤差將超出誤差范圍，因此可確定對NaCl 標(biāo)準(zhǔn)液測試時萃取液體積允許變

14、化范圍為-25+40刻度。3.2 印制板清潔度測試3.2.1 印制板測試最低檢出限在實際測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)印制板表面污染程度較輕時測試的電導(dǎo)率曲線會出現(xiàn)上下波動，如圖6所示。從圖中可以看出，同一塊印制板如果設(shè)定的測試停止時間不同，所得到的測試結(jié)果也將不同，這是由于儀器結(jié)構(gòu)因素和電導(dǎo)儀靈敏度的影響，導(dǎo)致當(dāng)測試數(shù)值較低時曲線出現(xiàn)波動，影響最后數(shù)值的讀取，進(jìn)而影響最后的測試結(jié)果。這里儀器的結(jié)構(gòu)因素主要包括管道的長短，水流速度，電磁閥的開閉程度，電導(dǎo)儀的靈敏度，管道的清潔度等。這些因素對污染小的印制板表面離子污染的測試產(chǎn)生很大影響，控制環(huán)境溫度在18-25，相對濕度在75% RH以下，對相對污染較小的印制

15、板進(jìn)行多次測試，以觀察儀器對印制板測試時能夠獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)值時允許的離子污染最小值，結(jié)果見圖7，當(dāng)電導(dǎo)率小于0.026S/cm時等價NaCl質(zhì)量均顯示為零，后隨著電導(dǎo)率的增大等價NaCl質(zhì)量不斷增加，但是曲線出現(xiàn)波動，直到總的離子濃度高于40g時曲線開始平穩(wěn)上升，此時測試數(shù)值才能夠真實地表示印制板表面實際的離子污染程度。圖6離子污染濃度較小的印制板測試曲線圖 圖 7 電導(dǎo)率與等價NaCl質(zhì)量關(guān)系3.2.2 萃取液體積對印制板測試的影響由于印制板企業(yè)在實際中會生產(chǎn)規(guī)格大小各不相同的印制板，尺寸較小的印制板的離子污染程度相對尺寸較大的印制板污染程度會較小，對兩種總污染程度相差較大的印制板的測試就

16、需要考慮改變萃取液的體積，以測得最真實的數(shù)值。圖 8 萃取液體積對印制板清潔度測試的影響控制環(huán)境溫度在18-25，相對濕度在75% RH以下，改變萃取液體積對印制板進(jìn)行多次測試，觀察萃取液體積對印制板測試的影響，結(jié)果見圖8。對同一批污染相似的印制板在1/3體積和0水位分別進(jìn)行了測試，如圖8所示，0水位測試數(shù)值均小于1/3體積時所測數(shù)值，由此可以推斷溶液的體積對印制板的測試影響很大，所得數(shù)值平均相差近20%，當(dāng)印制板污染較小而萃取液體積較大時實際測得的數(shù)據(jù)會顯示為零，因此要根據(jù)印制板實際污染程度改變萃取液體積，以便得到更真實的數(shù)值。4 .結(jié)論1） 分別對不同質(zhì)量NaCl標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行多次測試，測試數(shù)值相差較小且均在允許誤差范圍之內(nèi)，說明儀器對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液的測試重現(xiàn)性較好，測試數(shù)據(jù)較接近真實值，精度較高。2） 萃取液溫度對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液及印制板清潔度測試的影響較大，對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液測試的最佳溫度范圍為38.541.5，隨著萃取液溫度的升高對印制板離子污染萃取達(dá)到平衡的時間越短。3） 萃取液的體積對NaCl標(biāo)準(zhǔn)液及印制板清潔度測試有一定的影響，對于NaCl標(biāo)準(zhǔn)液的測試萃取液體積的允許變化范圍為-25（刻度）+40（刻度），萃取液體積對小板測試的影響較大，當(dāng)萃取液體積較大時對小板的測試數(shù)值會顯示為零，因此要減少萃取液的體積對小板進(jìn)行測試，才能夠