离子污染测试仪测试方法及其影响因素分析

1、离子污染测试仪测试方法及其影响因素分析伊洪坤 李娜广东正业科技有限公司摘要：本文叙述了离子污染测试仪测试印制板表面离子污染的测试条件、测试方法和测试过程，分析萃取液温度和体积对NaCl标准液和印制板清洁度测试的影响，从而确定仪器在测试过程中最佳的萃取液温度和体积允许的变化范围。实验结果表明：离子污染测试仪的结构因素和电导仪的灵敏度等对印制板表面离子污染测试会产生很大影响。关键词：印制板；离子污染； NaCl标准液；重现性；精度中图分类号： 文献标识码： 文章编号：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前言印制电路板生产工艺相当复杂，不仅设备和制造工艺的科技含量高、工艺流

4、程长、用水量大，而且所用的化学药品（包括各种添加剂）种类多、用量多，因此在印制电路板生产过程中会对印制板表面造成污染。印制板表面的清洁度是印制板测试的一项重要指标，其重要性不言而喻。目前，主要采用离子污染测试仪对印制板表面离子污染进行测试，进口的离子污染测试仪价格昂贵，且售后服务周期长。广东正业科技股份有限公司研发的离子污染测试仪无论是从价格、质量还是服务上都比进口产品更具优势，且已经通过大量的应用试验与进口产品进行比较予以了证明。本文通过大量的实验来说明萃取液温度和体积对氯化钠标准液、印制板表面离子污染测试的影响，确定了仪器测试过程中萃取液温度和体积允许的变化范围，以及测试的重现性和精度。

5、1 测试方法根据IPC-TM-650测试方法手册 Detection and Measurement of Ionizable Surface Contamination，对印制板表面离子污染的测试主要有静态测试法、动态测试法和人工萃取法，利用离子污染测试仪对印制板表面离子污染的测试分为静态测试法和动态测试法，测试原理分别见图1a和图1b。a 静态测试b 动态测试图 1 静态测试和动态测试流程示意图静态测试法是将印制板放入去离子后的异丙醇和去离子水混合萃取液中，印制板表面的离子污染物逐渐被萃取到溶液中，溶液的电导率不断上升，直到溶液的电导率不再变化即停止测试。由于静态测试中所有离子污染物均被萃

6、取到固定体积的萃取液中，因此最后显示的数值就是印制板表面总的离子污染。动态测试方式是连续测试，测试和再生过程同时进行，由水箱流出的萃取液首先经过电导仪连续测试其电阻率，数据由电脑中运行的软件进行积分,其后溶液由泵进入离子交换柱进行净化, 最后再流回水箱中，实现萃取溶液的循环。由于测试后再循环的溶液是超净的，萃取溶液可以比静态溶液实现更高的溶解性和离子化。污染物读数的增量是一段时间的累加或集成，最后的污染物数值与标准NaCl相比较而得出NaCl面积的数值。本文主要讨论静态测试法。1.1 配萃取液异丙醇和去离子水按体积比3：1配制，32时测其比重，使比重达到0.85-0.855，此时的混合液即是工

7、作所需之萃取液。1.2测试条件水箱容积大约为14L，截面350450mm,设置有0水位、上水位及下水位，萃取液由异丙醇和去离子水组成，体积比为3：1，环境温度控制在18-25，相对湿度在75% RH以下，萃取液恒温于402进行测试，采用静态测试法。1.3 测试过程离子污染测试仪的测试过程主要包括仪器的预热、萃取液的再生和测试等。测试过程见图2。 预热仪器工作时，要求萃取液预热到40。“预热”可手动选择或取消。实际上，当选择“预热”时，预热、再生、测试这三者都会使萃取液强行加热，使萃取液温度恒定于402。再生初始时，会因测试时间长，萃取液温度暂时低至约36，这是因为测试时再生管道封闭不流动的缘故

8、。再生后，会恢复至402。当未选择“预热”时，萃取液处于不加热状态。 再生在每次进行印制板测试或者标准液测试前都需要保证萃取液处于相对洁净的状态，需要先执行萃取液再生。执行该过程时，萃取液流经离子交换柱，因此预热萃取液再生参数设置进行下一次测试将印制板放入测试槽测试显示并保存结果取出印制板图 2 离子污染测试仪测试过程示意图萃取液电导率不断下降，直至达到“清洁”状态，即使萃取液电阻率达到测试条件（66 M-cm或50M-cm），此时对应的萃取液电导率为0.015S/cm 或0.020S/cm。实际上，当溶液电导率达到截止电导率时不会立刻自动停止控制程序，而是会切断相关的管路电磁阀门，进行一个测

9、试的循环过程，以保证其余管道内的离子均被交换柱吸收，再进行一个再生过程。此时，再生=再生+测试+再生，达到稳定状态后自动停止。如果萃取液的清洁度始终不能达到该标准，即再生过程始终不能完成，则应根据萃取液使用时间长短考虑萃取液整体更换。1.3.3 测试测试过程本质上是一个萃取印制板表面离子的过程和一个搅拌的过程，使S/cm2(根据测试基准要求)。在测试过程中将显示离子浓度曲线。随着时间的延长，等价NaCl浓度曲线趋于平稳，可以手动停止或通过设定时间自动停止测试过程。根据客户要求可设定合格标准线，当测试结果低于该线则表示印制板符合标准，否则为不合格。测试报告会以Excel表格自动记录相关数据。2.

10、计算方法IPC-TM-650测试方法手册中规定以当量氯化钠质量来表示印制板表面离子污染程度，当量氯化钠即是：当萃取液中加入一定量的氯化钠后，其电导率会发生变化，电导率的变化与氯化钠的量成一定比例关系。测试中软件自动将印制板电导率的变化值对应于相应的氯化钠质量，用这个质量再除以印制板的面积即得到印制板表面的离子污染程度，用g/cm2 eq NaCl 表示。3.测试结果分析3.1 滴定标准NaCl溶液的测试3.1.1 重现精度分析控制环境温度在18-25，相对湿度在75% RH以下，分别对不同质量NaCl 标准液进行多次测试，观察数据的重现性和精确度，结果见图3。从图3中可以看出，对5ml 标准液

11、的多次测试数值相差较小，且均在误差范围之内；对10ml 标准液的多次测试数值有一些差别，但误差在允许范围之内，说明仪器对标准液的测试数据的重现性较好，测试数据较接近真实值，精度较高。图3 不同质量NaCl标准液测试数据重现性和精度分析3.1.2 萃取液温度对NaCl标准液测试的影响在正常测试条件下，改变萃取液温度对1ml 0.6g/l 标准NaCl 标准液进行多次测试，观察萃取液温度对标准液测试的影响，以确定最佳的温度范围，结果见图4。从图中可以看出，随着萃取液温度的升高，对NaCl 标准液测试的数值整体呈逐渐增大的趋势，温度对标准液的测试影响较大，40测试的数值比33.4测试的数值增大21.

12、3%，这是由于随着温度的升高溶液内离子运动的速度加快，更有利于电导仪的测试，数值也更接近于真实值。另外从图中可以看出，萃取液温度由33升高到38.5的过程中，测试数值曲线较平稳，但与真实值误差较大，当温度升高超过38.5时测试数值突然增加，较接近真实值，且当萃取液温度继续升高至仪器设定的40过程中多次测试的数值保持平稳，当温度继续升高超过41.5 时误差超出允许范围，由此可以确定对NaCl标准液测试的最佳温度范围为38.541.5。图 4 温度对1ml NaCl标准液测试的影响3.1.3 萃取液体积对NaCl标准液测试的影响控制环境温度在1825，相对湿度在75% RH以下，改变萃取液体积分别

13、对1ml 0.6g/l NaCl标准液进行多次测试，观察萃取液体积对标准液测试的影响，以确定所有数据均在误差范围内时萃取液允许的体积变化范围，结果见图5。图 5 萃取液体积对NaCl标准液测试的影响图中蓝色虚线分别为1ml 0.6g/l NaCl 标准液测试的允许误差范围，实线分别为+40刻度、+30刻度、0刻度、-25刻度和-30刻度对1ml 0.6g/l NaCl 标准液多次测试的曲线（如图例所示），从数据分析图中可以看出，萃取液体积在-25+40刻度范围内变化时测试的数值均在误差范围，当萃取液体积继续减小时，测试的数据误差将超出误差范围，因此可确定对NaCl 标准液测试时萃取液体积允许变

14、化范围为-25+40刻度。3.2 印制板清洁度测试3.2.1 印制板测试最低检出限在实际测试中发现，当印制板表面污染程度较轻时测试的电导率曲线会出现上下波动，如图6所示。从图中可以看出，同一块印制板如果设定的测试停止时间不同，所得到的测试结果也将不同，这是由于仪器结构因素和电导仪灵敏度的影响，导致当测试数值较低时曲线出现波动，影响最后数值的读取，进而影响最后的测试结果。这里仪器的结构因素主要包括管道的长短，水流速度，电磁阀的开闭程度，电导仪的灵敏度，管道的清洁度等。这些因素对污染小的印制板表面离子污染的测试产生很大影响，控制环境温度在18-25，相对湿度在75% RH以下，对相对污染较小的印制

15、板进行多次测试，以观察仪器对印制板测试时能够获得准确可靠的数值时允许的离子污染最小值，结果见图7，当电导率小于0.026S/cm时等价NaCl质量均显示为零，后随着电导率的增大等价NaCl质量不断增加，但是曲线出现波动，直到总的离子浓度高于40g时曲线开始平稳上升，此时测试数值才能够真实地表示印制板表面实际的离子污染程度。图6离子污染浓度较小的印制板测试曲线图 图 7 电导率与等价NaCl质量关系3.2.2 萃取液体积对印制板测试的影响由于印制板企业在实际中会生产规格大小各不相同的印制板，尺寸较小的印制板的离子污染程度相对尺寸较大的印制板污染程度会较小，对两种总污染程度相差较大的印制板的测试就

16、需要考虑改变萃取液的体积，以测得最真实的数值。图 8 萃取液体积对印制板清洁度测试的影响控制环境温度在18-25，相对湿度在75% RH以下，改变萃取液体积对印制板进行多次测试，观察萃取液体积对印制板测试的影响，结果见图8。对同一批污染相似的印制板在1/3体积和0水位分别进行了测试，如图8所示，0水位测试数值均小于1/3体积时所测数值，由此可以推断溶液的体积对印制板的测试影响很大，所得数值平均相差近20%，当印制板污染较小而萃取液体积较大时实际测得的数据会显示为零，因此要根据印制板实际污染程度改变萃取液体积，以便得到更真实的数值。4 .结论1） 分别对不同质量NaCl标准液进行多次测试，测试数值相差较小且均在允许误差范围之内，说明仪器对NaCl标准液的测试重现性较好，测试数据较接近真实值，精度较高。2） 萃取液温度对NaCl标准液及印制板清洁度测试的影响较大，对NaCl标准液测试的最佳温度范围为38.541.5，随着萃取液温度的升高对印制板离子污染萃取达到平衡的时间越短。3） 萃取液的体积对NaCl标准液及印制板清洁度测试有一定的影响，对于NaCl标准液的测试萃取液体积的允许变化范围为-25（刻度）+40（刻度），萃取液体积对小板测试的影响较大，当萃取液体积较大时对小板的测试数值会显示为零，因此要减少萃取液的体积对小板进行测试，才能够