零部件清潔度要求最早源于汽車(chē)行業(yè)，由羅伯特·博世公司在1996年提出，目的是為了提高柴油汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)共軌噴射系統(tǒng)的生產(chǎn)質(zhì)量。為了共軌的高壓，羅伯特·博世將噴嘴尺寸縮小至200μm以下，但在實(shí)際的使用過(guò)程中，這種小噴嘴很容易被系統(tǒng)中殘留的顆粒污染物堵塞，由此提出了對(duì)汽車(chē)行業(yè)中關(guān)于清潔部件的要求。在此之后，很多汽車(chē)系統(tǒng)中的可靠性問(wèn)題都被歸因于微粒子的污染。

微粒子對(duì)汽車(chē)行業(yè)、航空航天、精密制造、液壓裝置等危害極大。污染物會(huì)加速零件磨損，堵塞元件的節(jié)流孔使其失去調(diào)節(jié)功能，如進(jìn)入滑閥間隙會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)芯卡死，進(jìn)而拉傷油缸內(nèi)表面使泄漏增加或使輸出力減小。微粒子也會(huì)損壞泵的配油盤(pán)使其燒傷或卡死，造成電子元器件線路板等短路從而導(dǎo)致失效。以上這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能的喪失或癱瘓。

圖1 微粒子的危害

調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)微粒子污染物的主要來(lái)源是：工藝過(guò)程、環(huán)境、設(shè)備和人員。為了確定零件、總成和整機(jī)特定部位被雜質(zhì)污染的程度，需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程導(dǎo)致的試樣相關(guān)表面的顆粒污染進(jìn)行測(cè)量，即顆粒物清潔度測(cè)試。清潔度的衡量指標(biāo)包括污染物的種類(lèi)、污染物的數(shù)量、污染物的大小及污染物的重量。

圖2 微粒子污染物的主要來(lái)源

最早的顆粒物清潔度的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是德國(guó)汽車(chē)行業(yè)協(xié)會(huì)在2005年提出的VDA-19標(biāo)準(zhǔn)。此后VDA-19標(biāo)準(zhǔn)成為了全球范圍內(nèi)清潔度測(cè)試的重要參考，也成為后來(lái)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO-16232清潔度檢測(cè)的藍(lán)圖，因此ISO-16232已與德國(guó)的VDA-19標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。如今，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更是成為了汽車(chē)行業(yè)中零部件清潔度的分析框架，甚至被應(yīng)用到其它精密部件領(lǐng)域。

清潔度的測(cè)試流程如下圖3所示，主要包括三大步驟：萃取、過(guò)濾及分析。

圖3 清潔度測(cè)試流程

1

 萃  取 

顆粒物的萃取分為兩大類(lèi)——即最常用的清洗液萃取和空氣萃取。清洗液提取又分為噴洗、超聲、沖洗和晃動(dòng)四種方式。萃取過(guò)程中有一個(gè)重要的衰減測(cè)試環(huán)節(jié)：使用同一方法多次提取同一零部件污染顆粒物，直到90%的污染物被提取出來(lái)。如果已進(jìn)行六次提取而未達(dá)到≤10%的值，那么必須修改提取參數(shù)。

空氣提取有空氣吹掃法和空氣流通法。最常見(jiàn)的方法是用壓力流體沖洗零部件表面，典型范例如下圖所示：

圖4 壓力流體沖洗典型范例

2

過(guò) 濾 

過(guò)濾是通過(guò)真空法進(jìn)行，將萃取出的顆粒制備在濾膜上。常用的濾膜有發(fā)泡濾膜和聚乙烯網(wǎng)膜。發(fā)泡濾膜過(guò)濾效率高，非常適合確定總顆粒質(zhì)量。但由于其海綿結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步的光學(xué)分析會(huì)比較困難，因此VDA-19推薦一種孔徑大小為5μm的聚乙烯網(wǎng)膜作為標(biāo)準(zhǔn)膜，該種類(lèi)型的濾膜不會(huì)出現(xiàn)黑色背景，適合光學(xué)粒度分析。

圖5 發(fā)泡濾膜及網(wǎng)膜

3

 分  析 

光學(xué)分析可以提供雜質(zhì)的部分具體信息，雜質(zhì)顆?？梢员粶y(cè)量、計(jì)數(shù)以及確定類(lèi)型。光學(xué)系統(tǒng)包括材料顯微鏡、體視顯微鏡、連續(xù)變倍鏡和掃描電鏡等。光學(xué)分析中顆粒物的種類(lèi)是通過(guò)形狀及是否有金屬光澤來(lái)區(qū)分纖維、金屬/非金屬顆粒的。顆粒物的顆粒度測(cè)量方式如下圖所示。如果需要對(duì)顆粒物進(jìn)行成分分析，還會(huì)用到掃描電鏡進(jìn)行能譜分析。

圖6 顆粒度分析測(cè)量方法

廣電計(jì)量技術(shù)服務(wù)

廣電計(jì)量配備了完整的清潔度萃取過(guò)濾設(shè)備（可提供噴洗、超聲波清洗、沖洗和晃動(dòng)以及空氣吹掃等多種雜質(zhì)提取方式）、高精密的分析天平（十萬(wàn)分之一精度）徠卡高精度顯微分析系統(tǒng)以及場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，能夠提供全方位一體化的顆粒清潔度解決方案。

圖7萃取過(guò)濾設(shè)備

和光學(xué)分析系統(tǒng)

?

案例分享

測(cè)試信息

試驗(yàn)結(jié)果

最大金屬顆粒（1#）

最大非金屬顆粒（1#）

最大纖維L=961.12（1#）

濾膜概括（1#）

典型圖片

目前，廣電計(jì)量在全國(guó)設(shè)有元器件篩選及失效分析實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建了元器件國(guó)產(chǎn)化驗(yàn)證與競(jìng)品分析、集成電路測(cè)試與工藝評(píng)價(jià)、半導(dǎo)體功率器件質(zhì)量提升工程、車(chē)規(guī)級(jí)芯片與元器件AEC-Q認(rèn)證等多個(gè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，滿足裝備制造、航空航天、汽車(chē)、軌道交通、5G通信、光電器件與傳感器等領(lǐng)域企業(yè)，提升電子產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的需求。

文：孫龍飛

編輯：楊茜