电路污染对电子设备贮存失效的影响及措施

开普勒L

摘要： 通过对电子设备生产、操作过程中的直接污染及贮存环境效应所带来的间接污染等情况进行分析， 探讨了电子设备长期贮存所造成的失效机理； 并在此基础上， 提出了降低电子设备电路污染影响的若干措施， 对电子设备设计、生产和使用具有重要的参考价值。

　　1 引言

　　在电子设备长期贮存过程中，导致电路功能失效以及电路中某些线路发生故障如短路、断路等因素，实际上是由于某些电路污染作用和某些缺陷的暴露。这里所说的污染是指电子设备电路制造过程中带来的不良因素，如水分、材料杂质以及电子零部件自身和电路所处的贮存环境因素等污染。污染按其不同可分为以下几种：

　　a）外界自然环境的污染。这里包括自然环境中的湿气、盐物以及空气中的灰尘粒子等，这些都可以归纳为外界自然环境这个污染源，这些因素往往是引起电子设备电路失效的加速因素。

　　b）电子零部件自身的污染。它包括电子零部件材料制造中的污染（即杂质）以及制造过程中操作环境及操作过程中所带来的污染因素，如空气中载物粒子及潮气，以及某些特殊金属粒子。

　　c）由于采用材料的缺陷而间接引入的污染。

　　这里所说的间接污染是指经过其它因素作用而暴露出来的污染，包括一些电路材料长期贮存经外界因素作用而发生化学反应所产生的污染，如某些塑料在一定条件下所形成的聚合物还原，生成水，氯气等有害物质。

　　本文将电子设备长期贮存环境因素作为电子设备电子零部件贮存失效的外因，电子零部件自身制造过程中带来的污染和电路污染以及材料缺陷，工艺不足作为电子设备、电子零部件贮存失效的内因，其具体分析如下：

　　2 电路生产过程中的直接污染

　　在电子设备、电子组件的生产过程中，由于生产工艺及操作人员的控制因素将不可避免地给电路造成污染，在生产过程中，尽管采取某些必要的清洁措施，但有些细微粒子会粘附到电路中去，这些粒子可能包括绝缘体、半导体及金属细微粒子。同时操作过程中操作环境因素的清洁程度也不是非常高，这时空气中的某些潮气及气载物会吸附到电路中的某些部分。另外还有一些空气中漂浮的沉降物也会进入电路对电子设备、电子零部件造成污染。

　　生产过程中操作人员手上的某些物质也会对电子零部件及电路造成污染，如汗液、残留在手上的洗手剂。尽管现在大多要求使用手套、指套及镊子等器具，但污染依然不可避免，因为这类器具本身并不是完善无缺的。在进行电子设备、电子组件塑封前要进行干燥，这并不能完全保证潮气被清除。并且对许多粒子来说，80～100 ℃的干燥温度并不能使它们离开电路。所以在电路生产过程中污染是不能绝对控制的，这些污染在一定的环境下很有可能造成电子零部件的失效甚至整个电路功能的失效从而引起电子设备失效。

　　3 环境效应带来的间接污染

　　在电子设备长期贮存环境条件下，如在热、潮湿或两者的结合，或热与低气压的情况下，有可能削弱以致破坏结构材料、绝缘体或导体材料，使之变成污染物，然后在长期贮存中与电子设备、电子零部件作用而使之失效。这类污染对电子零部件的影响是不容忽视的。其主要包括以下几个方面：

　　a）电离作用

　　我国华南等地区属于湿热地区，这些地区中的热和潮湿不仅能将电子组件中的某些材料变成污染物，而且也能通过电离作用活化潜在的污染物，这样就造成了电路及零部件的污染。

　　b）热解作用

　　在电子设备电子组件的生产过程中要采取一些热加工方法，如用电烙铁焊接，塑封前的干燥以及塑封，这些过程都会产生热。这些热加工方法将会不同程度地引起电子设备、电子组件中热固和热塑材料的热解（碳化），使很好的电绝缘聚合物变成短链分子，从而降低了绝缘特性，甚至变成离子化或可离子化的化合物。在热区及其邻近的部分，电介质的特性明显降低，与热区越远这种影响就越小。

　　这是由于热解作用使绝缘体变成半导体或导体造成的。该效应一般被称为“漏电流路径的形成”。例如焊接时，电烙铁顶部的热量可以使聚氨酯成为二氧化碳和水，电子设备中的固体钽电解电容器选用环氧树脂作为封口时的材料，这种材料同样会引起热解，造成电容漏电流增大而使电子设备失效。

　　c）湿热引起的还原

　　聚合物材料的还原是另一种污染源，通常还原定义为：“化学聚合反应的逆过程”，即重新生成原来的成分，例如：

　　A +B＝A B （聚合反应，A B 为聚合物）。

　　A B ＝A 十B （还原为原来的成分）这种还原现象是由水解作用引起的，而且为加速的氢氧根离子所促进，在我国某些地区，亚热带的高温和高湿气候可以提供这样的氢氧根离子，这种还原的前提条件为：相对湿度必须在75 ％以上，环境温度必须高于45 ℃，而这些条件在我国湿热地区刚好能够满足，引信中的一些聚氨酯和密封剂就很有可能引起还原而造成污染。这种还原进行的程度取决于温度和湿度的组合程度以及材料本身的敏感性。因此电子设备中的所用材料很值得我们注意。

　　尽管在电子设备中的电子组件和电子零部件生产与加工工艺过程中采取了一些措施，但这些措施却存在着许多问题。在生产过程中大量污染物通过不易觉察的渠道直接或间接地被引入到电子组件中去，这些污染物在一定的外界条件作用下会对电子组件产生不同程度的影响，造成电子组件功能不能完全发挥甚至失效，从而对整个电子设备产生影响。

　　4 降低电路污染影响的措施

　　a）从设计过程中进行污染控制

　　设计人员在根据给定要求进行电路设计时，一定要充分考虑所用的电子零部件之间的相容性以及在某种环境条件的作用下可变成污染物的某些材料或组合材料的特性，在必要时规定有效涂层、密封和封装等。这些主要从电特性、组件编排和装配密度以及环境暴露三个方面来考虑。设计电路要考虑元件及材料的电特性，例如：所用的绝缘材料在长期贮存条件下是否会引起大幅度变质，引起绝缘性能下降，导致潜在的电路通道产生。当装配密度增加时，我们要增加污染控制的程度，因为随着导体间距变窄，污染影响变得更加明显，既要考虑电路贮存环境，也要考虑电离、热解、还原等现象是否发生。对于塑封组件要考虑塑封材料变质后是否引起电子元器件之间产生漏电流现象，引起引信的密封性降低。

　　b）根据现有的技术条件进行污染控制

　　电子设备产品的生产总是在一定的技术条件下进行的。一定的生产技术水平可以将污染控制在一定的水平上，防止许多直接和间接的污染产生，在电路生产中采取一些可以控制的材料、元器件及工艺，将污染控制在电路可以承受的范围内，这尽管是一种保守的办法，对于提高电路可靠性却是十分有利的。

　　c）在生产、贮存环境下进行控制

　　电子设备电路在生产贮存过程中其生产、贮存环境的许多因素会对电路造成影响，如湿热、潮气、盐物、空气中的灰尘粒子等气载物以及许多各种材料的小颗粒等，这些因素沉积在电路中就会给电路造成影响。对于这些因素的控制，我们主要从其生产、贮存环境的控制来着手，可以改善空气质量，保持生产、贮存环境的清洁程度，对于生产、贮存环境采取必要的控制措施，如除尘、除湿、恒温等。

　　d）加强操作人员的培训，控制污染

　　在操作或生产过程中，由于操作人员的参与会使许多污染物污染电路，这些污染物主要来自操作人员的头发、皮肤和衣服等，并直接留于电路中。

　　同时还有一部分污染物是由于操作人员违反一些防护措施造成的，这就要求我们要加强操作人员的培训，提高其认识和技术水平，尽可能地减少这些污染。

　　5 结束语

　　电路污染会对电子设备长期贮存而失效产生很大的影响，它将导致电子设备使用率及可靠性降低。

　　因此，必须对电子设备产品的生产、操作及贮存环境采取有效的控制措施。

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在电子设备长期贮存过程中，导致电路功能失效以及电路中某些线路发生故障如短路、断路等因素，实际上是由于某些电路污染作用和某些缺陷的暴露。