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高效清潔度分析的關鍵因素
本文概述了影響汽車和電子制造業(yè)的高效清潔度分析過程的關鍵因素。
在汽車和電子行業(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(xiàn)故障,或使用壽命縮短,。對于汽車來說,,過濾系統(tǒng)很容易受到影響。對于電子產(chǎn)品來說,,印刷電路板(PCB)或連接器上的污染可能會導致短路,。因此,清潔度在現(xiàn)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,,更要重點關注清潔情況。車輛或設備的關鍵部件如果受到污染,,整個系統(tǒng)就可能發(fā)生故障,。因此,高效清潔度分析過程必須始于供應商這一環(huán),。
本文將討論以下幾點:
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
對于汽車和電子行業(yè)的許多產(chǎn)品而言,,在生產(chǎn)和裝配的各個階段中,零部件上都不能有灰塵或雜質(zhì)顆粒,。顆粒物污染可能會引發(fā)部件缺陷,,進而降低其性能和使用壽命。因此,,這兩個行業(yè)在制造組件和產(chǎn)品時,常常會花費大量的時間和成本來追蹤顆粒物并去除它們,。不過,,如果維持技術清潔度的方法效率不高,則會增加生產(chǎn)成本,。
在汽車行業(yè)中,,燃料噴射系統(tǒng)、燃料過濾系統(tǒng),、潤滑油和尿素(選擇性催化減少排放)的過濾系統(tǒng),、泵、發(fā)動機和變速箱控制單元,、混合動力驅(qū)動部件和其他微機械部件中的殘留污染會嚴重影響產(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^在兩個觸點之間形成直接的傳導路徑,,或者通過縮短兩點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],。
電動汽車(e-mobility)[5]同時具有機械和電子部件,,因此產(chǎn)品需要同時滿足這兩個行業(yè)的技術清潔度要求。
本文介紹了影響高效清潔度分析的核心因素,,以及優(yōu)化整個工作流程的方法,。
高效清潔度分析的規(guī)范
為了高效、經(jīng)濟地開展清潔度分析,,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(jù)產(chǎn)品的要求,,預先就產(chǎn)品規(guī)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(guī)范,以及記錄結(jié)果的最佳方式等[2],。
自動化進行顆粒分析有助于實現(xiàn)高效的清潔過程,。光學顯微鏡是一種被廣泛應用的標準方法,可以快速自動分析提取的顆粒,,確定它們的數(shù)量,、大小和其他具體屬性[2,6,7]。通過其他技術(如粒子計數(shù)或掃描電子顯微鏡)獲得的結(jié)果不能與光學顯微鏡的結(jié)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(shù)是最有用的?
根據(jù)顆粒的尺寸(長,、寬,、高)和材料特性,可以將其分為多種類別,。一般來說,,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險而言,對于汽車工業(yè)來說,較高的硬質(zhì)顆粒(如碳化物,、金屬,、陶瓷等)比長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)來說,,金屬顆粒的導電性最高,尺寸超過200μm的顆粒[3]最容易導致電路板短路,。
國際和區(qū)域清潔度標準
制造商和用戶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(jié)果,。
汽車行業(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(shù)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源[6,8],。LIBS可用于在空氣中用光學顯微鏡直接分析樣品,,無需額外花時間制備樣品,,也不需要將樣品運送到另一臺儀器上進行分析[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),名為“電氣工程的技術清潔度"[4]。
理想的清潔度分析工作流程
汽車零部件的清潔工作流程包括5個主要步驟[6,7]:
1.清洗/水洗部件,;
2.通過過濾清潔液來提取顆粒,;
3.分析過濾器上的顆粒;
4.記錄顆粒的尺寸和其他特征,;
評估造成損害的潛在風險并確定污染源,。
徠卡顯微系統(tǒng)和PALL公司簽訂了合作協(xié)議,,致力于幫助終端用戶創(chuàng)建一套理想的整體清潔工作流程[9],。用戶可以同時與徠卡公司的顆粒分析專家和PALL公司的顆粒提取專家互動,以優(yōu)化他們的樣品制備和清潔過程,。
部分敏感的電子元件只能在無塵室中生產(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(jié)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行過濾,,將過濾器烘干,,再對過濾器上的顆粒進行分析。
電子元件的清潔工作流程與汽車零部件非常相似,,也是5個主要步驟[3,4]:
1.向元件噴灑液體,,或用溶液清洗元件;
2.通過過濾噴灑的液體或清洗液來提取顆粒,;
3.分析過濾器上的顆粒,;
4.記錄顆粒的尺寸和其他特征;
5.評估引發(fā)問題的潛在風險,。
總結(jié)
汽車和電子業(yè)零部件上的顆粒污染物會產(chǎn)生負面影響,,可能會降低產(chǎn)品性能或引發(fā)早期故障。對于汽車,,發(fā)動機部件或過濾系統(tǒng)是重災區(qū),。對于電子產(chǎn)品來說,印刷電路板(PCB)上的污染物會導致短路,。在過去的幾年里,,市場對電動汽車(e-mobility)的需求一直在增長。制造電動汽車需要滿足兩個行業(yè)的清潔標準,。
顯然,,技術清潔對于現(xiàn)代制造工藝的質(zhì)量控制非常重要,。如果生產(chǎn)中需使用多個供應商提供的零部件,那么經(jīng)濟高效的清潔過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,。