印刷电路组件吸湿性尘粒人工模拟试验中关键因素的控制

刘勇志，詹 炀，钟 浩，晋晓峰

（1.深圳市计量质量检测研究院，深圳 5180 55； 2.国家铜铅锌及制品质量监督检验中心，铜陵 244000）

印刷电路组件吸湿性尘粒人工模拟试验中关键因素的控制

刘勇志1，詹 炀1，钟 浩1，晋晓峰2

（1.深圳市计量质量检测研究院，深圳 5180 55； 2.国家铜铅锌及制品质量监督检验中心，铜陵 244000）

吸湿性尘粒人工模拟试验（简称湿尘试验）是一种新型的环境试验。通过对试验方法和试验过程中各环节的研究，确定了试验时应把握的关键因素，并最终总结了试验中关键因素控制的方法。这些方法可为湿尘试验 的开展提供借鉴作用。

印刷电路组件；湿尘试验；吸湿性尘粒；湿度阀值；人工模拟试验；关键因素；IPC-B-25试片；表面绝缘电阻

引言

随着工业的发展，人们对石油化工产品的应用越来越多，产生了大量的污染物，如硫的氧化物、氮氧化物等，这些污染物一般以盐的形式存在于大气环境中。这些盐物质与空气中的尘埃混杂，形成颗粒，沉积在室内外的电工电子设备表面，甚至进入设备内部。内部的印制线路板呈平板状，具有一定的表面积，容易积附盐粒。

盐粒具有吸湿性。当环境湿度升高时，积附在印制线路板表面的盐粒吸收水分并溶于水中，形成导电溶液，对金属材料呈现腐蚀性；或在器件引脚及铜箔间形成电流路径，造成电导通或电压击穿。这两种情形，严重影响电工电子产品的可靠性。

如何评价印制线路板耐吸湿性盐粒的污染能力？笔者所在实验室已经开展研究，形成了相关模拟试验和评价方法。下文对该方法中的各个步骤及涉及的关键因素进行分析和探讨。

1 吸湿性尘粒人工模拟试验

吸湿性尘粒人工模拟试验（以下简称湿尘试验），主要用来评价印刷电路组件受盐粒侵蚀时耐电导通或电压击穿的能力。

湿尘试验的基本流程如图1所示。开展此试验，首先需调节喷涂参数使得标准IPC-B-25控片符合预定的要求（SIR处于0.5~5 MΩ之间，相对湿度满足在40%~90%范围），然后对印刷电路组件按照满足这预定要求的喷涂条件进行喷涂，干燥后再对复原的试样进行功能检查。如各项功能满足预期要求，则试验通过；反之，则试验不通过。

2 问题的提出

湿尘试验，需先用标准IPC-B-25控片调节喷涂参数。图2是一种超声喷雾系统，笔者所在实验室使用该系统开展吸湿性尘粒人工模拟试验。

该超声喷雾系统，能产生比较均匀喷涂效果，其主要构造特点如下：

1）具有精密泵送系统（含齿轮泵、微流泵和注射泵），能精密控制液体流量至超声波喷嘴。

2）采用两个超声波喷嘴，扇形覆盖喷涂区域；喷嘴间距可调。

图1 吸湿性尘粒人工模拟（湿尘）试验基本流程

图2 超声喷雾系统

3）采用可控速式履带平稳、均匀传送试样。

我们在利用超声喷雾系统进行湿尘试验研究初期，常出现喷涂效果不理想的情形，反映在测量参数上是表面绝缘电阻（SIR）值与湿度阀值（RHt）不能建立预期的关联性。

3 关键因素的确定

为了确定影响喷涂效果的因素，首先对调节喷涂参数的过程进行梳理。

图3描述了调节喷涂参数的过程。

喷涂参数调节过程中，大致统计有十三个影响因子（图中用1）~13）做了标注），每一个因子均对最终喷涂参数的调节是否有效起一定的作用。反复实践表明，吸湿性盐的特性、喷涂均匀度（传送带运行速率、喷雾量和喷头间距）和调节试验箱湿度的方式（相对湿度的控制），是喷涂参数调节能否达到预期效果的关键因素。

4 关键因素的控制

调节喷涂参数是湿尘试验的重要环节，这个环节受吸湿性盐的种类、喷涂均匀度（传送带运行速率、喷雾量和喷头间距）和调节试验箱的湿度的方式（相对湿度的控制）等关键因素影响。如何控制这些关键因素，将直接影响试验效果。

4.1 吸湿性盐的种类

图3 喷涂参数调节过程

对吸湿性尘粒的成分分析表明，硫酸盐、硝酸盐是其主要的成分。然而，是否任意选取一类具有吸湿性盐来进行湿尘试验均可以呢？

图4显示了在不同相对湿度下，三种盐类对IPC试片表面绝缘电阻的影响，该影响被归纳成相对于相对湿度的函数。

虽然硫化钠、碳酸钾、氯化钙在大气环境吸湿性尘粒中并不常见，但在湿尘试验中比较容易控制，更适合用来模拟由于表面绝缘电阻下降所导致的结果。

图4中的三类盐，又属硫化钠特性更佳（表面绝缘电阻值与相对湿度关系的趋势较为清晰），最适合应用于湿尘试验中喷涂参数的调节。

4.2 喷涂均匀度

要保证喷涂的均匀性，首先需控制试样传送速率，尽量实现一次喷涂，同时需控制喷雾量。当采用两个超声喷头进行喷涂时，还应关注并调节喷头之间的距离。

1）传送带运行速率

本试验中，试样放置在载样板上，载样板在传送带的驱动下移动，因此，试样的传送速率，就是传送带运行速率。调节传送带运行速率，是为了控制IPC-B-25试片所接受喷涂的时间，实现一次喷涂即能达到预期效果的目的。

当选择较快的传送带运行速率时，IPC-B-25控制试片在特定喷头流量的情形下，所能接受到的喷雾量较少，那么就需要第二次或第三次的同样传送速率下的喷涂。而每增加一次的喷涂，同时也就增加了一些不确定的干扰因素，如喷涂过量、人手接触时所产生的额外污染或出现非预期的擦拭等情形。

而当选择较慢的传送带运行速率时，又可能出现一次喷涂就出现喷涂过量的情形。

因此，建议在喷涂次数控制为一次的基础上，调节合适的传送运行速率，减小喷涂不均匀的影响，尽量获取更好的试验效果。

2）喷雾量

即使采用的两个超声喷头的型号相同，但其实际的运行功率和流量泵泵出溶液流量很可能存在差异，故相同时间内各个喷头的喷雾量会不同，从而导致喷涂不完全均匀而影响效果。因此，喷雾量是需要精细控制的关键因素之一。

当喷头运行功率调节过小时，溶液将会出现不完全雾化的情形，甚至会有液滴出现；而当功率调节过大时，会把大液滴抛出，造成明显可见的喷涂不均的情形。

喷头工作时所需的溶液流量调节与功率的调节相似。溶液供给不足，即流量过小，难于满足喷头喷雾需要；流量过大，造成溶液未被雾化即喷出的情形。理想的效果是流量小而又能得到满意的喷涂液体分布。

经过多次实践，总结得到，喷雾量的调节，没有捷径可走，只有结合喷头特性并组合调整上述两个主要参量，最终对喷头喷雾所得液体分布的均匀性来定型。

图5和图6是对喷雾量调节前后载样板在喷头正下方采集到的液体分布图（采集时间为30 s）。图5（调节前）的液体分布存在明显可见的液滴，而图6（调节后）的液体分布较为均匀。

3）超声喷头的间距

图4 吸湿性盐粒沉积后IPC试片在不同相对湿度下的表面绝缘电阻

图6 喷雾量调节后液体分布

每个超声喷头，均有各自一定的喷涂范围，在其范围之内，喷涂是相对均匀的。因此，当试样的尺寸过大时，就需要两个或多个喷头。此时，需特别观察喷涂的液体分布，通过调节喷头的间距，避免两个液体分布之间的过度重叠。

4.3 相对湿度的控制

调节试验箱湿度，最终需要确定的是湿度阀值，即RHt。

试验人员应以哪个湿度值作为起点开始调节？以多大的间隔来进行调节？到达某一个湿度值后，驻留多长时间后再测量表面绝缘电阻？要回答上述三个问题，需要了解印刷电路组件表面绝缘电阻与环境相对湿度的典型关联性和吸湿性盐的潮解特性。

图7是印刷电路组件表面绝缘电阻与环境相对湿度的相关性。从图中可知，当环境相对湿度在60 %~80 %时，表面绝缘电阻出现急剧下降的情形（图4也恰恰验证了这一点）。也正因为如此，给了我们启示，选择表面绝缘电阻开始急剧下降的初始阶段中的某一个湿度值作为相对湿度的调节起点是合理的（如70 %）；同时，也正因为在这一阶段对环境相对湿度的敏感性较大，因此也决定了调节的步长不能过大，建议选择2 %或3 %。

吸湿性大是吸湿性盐的水溶性较强，这就意味着当环境相对湿度提高时，盐分需经历一个快速吸收空气中的水分，接着进入平缓吸收，最后达到平衡稳定的过程。因此，在测量表面的绝缘电阻时，也应有一个使得环境相对湿度充分稳定的过程。通常地，稳定60 min后测量，是较为合理的。

图7 印刷电路组件表面绝缘电阻与环境相对湿度的相关性

5 总结

调节喷涂参数是湿尘试验的首要环节。喷涂参数调节妥当，才能保证试验效果。本文通过梳理影响喷涂参数调节的各个因素，结合平时的反复实践，把吸湿性盐的种类、喷涂均匀度和试验箱的湿度调节方式确定为关键因素，并就如何把控这些关键因素进行了分析。文中关于盐类选择和相对湿度的调节起点及调节步长的建议，具有普遍参考作用；如何调整喷涂均匀度？不同的喷涂设备，调整措施可能不一样。文中提及的调整传送带运行速率、喷雾量和喷头间距等措施，是基于笔者所用的设备。建议应根据所用设备的具体构造和技术特征，针对性地采取调整措施。

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刘勇志（1984年7月），男，汉，籍贯：广东梅州，工程师，本科，从事环境与可靠性试验技术研究与应用。

Controlling of Key Factors in Hygroscopic Dust Artifi cial Simulation Test for PCBA

LIU Yong-zhi1, ZHAN Yang1, ZHONG Hao1, JIN Xiao-feng2
(1.Shenzhen Academy of Metrology & Quality Inspection, Shenzhen 518055; 2.China National Quality Supervision and Testing Center for Cu-Pb-Zn and Products, Tongling 244000)

Hygroscopic dust artificial simulation test (hygroscopic dust test) is a new type of environmental test.Through researching on the test method and the steps of test process, this paper determines the critical factors that should be grasped during the test, and summarizes the method for controlling these factors during the test.It provides reference for hygroscopic dust test.

printed wiring board assembly (PCBA); hygroscopic dust test; hygroscopic dust; threshold relative humidity (RHt); artificial simulation test; critical factor; IPC-B-25 coupon; surface insulation resistance (SIR)

TB99

B

1004-7204（2016）05-0019-04