标准委员会发布了4项新测试标准中的第一项标准之后，I-Connect007于2020年4月17日召开圆桌会议，特邀几位行业专家共同探讨最近由IEC发布的工艺离子污染测试（PICT）标准。与会的专家有IPC组装及标准技术高级主管Teresa Rowe、Gen3公司总裁兼首席技术执行官Graham Naisbitt、Celestica公司工艺研发工程师Jason Keeping，以及Collins Aerospace公司的关键材料与工艺工程师Doug Pauls。
Barry Matties：欢迎各位。Teresa，你可以先从IPC的角度向我们简要介绍一下IPC开发这份标准的工作概况吗？
Teresa Rowe：好的。几年前在修订J-STD-001时，我们收到了一条对该标准中与清洁度及清洗相关章节的修订意见。整个标准工作组马上意识到他们无法就此修订意见迅速做出决策。因此决定立刻成立一个新项目工作组，Doug Pauls“被推选为”这个工作组的负责人来主导这项任务。他们定期举行会议，向整个团队介绍工作进展，整个项目持续了几年的时间。此次对G版做出了一些修改，作为G版的修订本。那次修改距今已经有一年半的时间了，H版将于年底发布，届时将会把这些修改内容编入H版中。
Matties：Graham，你在标准的开发中发挥了重要作用。不妨为我们简要介绍一下这项新标准，包括它涵盖以及未涵盖的内容。
Graham Naisbitt：Robert Bosch提出的要求是建立一份确定终端产品是否合格的标准，以便他们在向客户交付终端产品时有据可依。为此，他们提出的唯一要求就是一定要满足特定的清洁度数值（我非常讨厌使用“特定”这个词来表达其中的意思， Doug非常了解这一点）。20多年来，我一直主张摒弃这个要求，因为ROSE测试的初始概念（这个概念已经被人们所熟知）就是根据在组件表面可能残留的离子残留物的量，制定制造工艺控制标准。从电化学的角度来看，残留物会引起问题，而且是长期可靠性问题。我们在4个不同国家配置了5台仪器，每台仪器上都配有3名操作员，进行了全面的可重复性和可再现性测试。这项测试的最终目的是制造出一种仪器，不仅能满足那些特定工艺控制参数，而且还能完成周期性验证及改善工艺。
之后这个测试结果被递交给了IPC和IEC，为的是能够使不同的标准都能实现统一。在亚洲以外的地区，IPC比IEC更有市场影响力，我相信Jason和Doug和我持相同看法，Teresa可能会不太同意。从这份标准来看，结果是IEC标准程序不知为何超越了IPC的标准程序。我和Doug作为委员会主席深入参与了标准的开发，而且我们也一直努力迅速推进这个项目。在我看来，问题出现在过去一直采用这种特殊测试方式——很遗憾，人们将其称之为清洁度测试。这才是最令我头疼的一点，那根本就不是清洁度测试。从一开始它就不是，而是用来改善表面离子评估的方法。
与其使用程序冗长、需要技能过硬的操作员来操作的离子色谱法，不如发明一个简化版的离子色谱法，也就是ROSE测试仪。ROSE已经深入人心， ROSE修订版可能并不会像所有人想得那样简单。也正因为ROSE测试并没有哪里不好，而且PICT差不多也是相同的测试，我只是给它改了个名字，因为我觉得自己活不到能够看到那个特定的表达或首字母缩略词被删除。工艺离子污染测试的含义就是现在字面意思。
一定要足够敏锐才能发现组装制造工艺中发生的变化。通过更改工艺材料（不论是焊接产品、助焊剂、焊膏、底部填充、粘合剂、三防漆或是使用的清洁方法），所有这些因素都属于整个生产工艺内在组成。我们需要做的就是找到一种足够敏感的方法来发现变化。客户之所以选择我们是因为我们是唯一能够既满足Robert Bosch提出的要求又可以满足客户六西格玛要求的制造供应商。
由于篇幅有限，以上为部分会议摘要，以及常见问题问答环节。阅读全部内容，可点击文末“阅读原文”查看。
PICT圆桌会议问答环节
答：如果你把食物放到冷的烤箱里，是不能加热食物的。同样的道理也适用于电路。但我猜读者遇到的问题是回流焊操作不当，导致焊膏反应不充分。这就会导致未反应的残留物过多，PICT测试仪会检测到这一点。
答：ROSE测试仪是一款简洁、便于操作的仪器。为了维持最佳性能，需要定期更换去离子化树脂滤芯。使用周期由被移除的离子“污染物”的数量决定。谨记，这个设备不能作为清洗设备。
问：从整个工艺流程一直到客户最终的机箱机柜总装，是不是应该整个过程都应用PICT测试方法？测试结果只能反映当天状态，不能代表永久的状态。
答：这要取决于整个制造过程，以及这种测试是否适合。但只有在测量离子水平是否会影响到电路组件终端产品的可靠性时才需要用到这款仪器，而这一过程发生在组装完成之后。每条生产线都会有不同程度的离子污染。污染水平可能会受到环境位置的影响。
使用表面绝缘电阻（SIR）测试来确定工艺特性的测试，是决定用户对每条工艺生产线控制上限的关键。
优化组装工艺来保持可接受的工艺控制，这一操作会视具体情况来确定所需的测试频率。大批量生产商可能认为每月对一个组件进行抽样测试就已经足够了。而其他生产商可能认为每个组件都有必要进行一次测试。
答：是的。测试仪器不需要技能丰富的操作员来操作。测试方案的用料也不贵，只需混合使用IPA和去离子的水。水处理供应商已经可以提供混合树脂滤芯。
答：不会，只要受测组件在测试过程中进行了彻底的干燥处理即可。
答：这要视具体情况来看。为了使仪器达到最佳性能，需要仪器保持高敏状态、有效的测试溶液循环/流通率，以及能够交付可靠且可重复利用的测试结果。多数大批量制造商所要求的六西格玛资质，就是证明生产能力的最好证据。
任何不能在这种条件下使用的去离子溶液，都会积极尝试去掉任何离子。这一点适用于水槽（测试箱）上方空气中的二氧化碳。从化学角度来看，去离子化溶液和酒精测试溶液（不论比例是75∶25还是50∶50）会和二氧化碳发生置换反应，逐渐生成碳酸。所以有必要在水槽表面放一个盖子。
问：如果可以升级现有设备，哪一方可以提供零件并完成升级呢？
答：用户需要确定现有仪器是否能够满足他们的工艺要求。
答：不需要额外的工艺设备，除非是想从生产线上自动转移样品用于测试。大部分情况下，只需要手动从生产线上挑出样品即可。
最重要的购买方案就是确定仪器的水槽尺寸。比较有帮助的一个方案就是使用比例为10 ml/cm2的水槽用于独立测试。
这可能意味着可能要使用一个以上的仪器。例如，一个规格为250 mm x 500 mm （10" x 20"）的背板电路需要水槽的容积大于20 L，而大多数组件可能只会测量100 mm x 150 mm（4" x 6"）的背板电路，需要的水槽容积小于10 L。
问：有些测试仪可以在75%或50%的IPA/DI混合液体中来回切换。什么情况下可以使用比例低于50%的混合溶液？
以下内容摘自《IEC 61189-5-504 PICT测试》：
离子土壤可以溶解在水中，通过测量导电率来了解污染水平。但测试溶液不仅仅是水，里面还含有异丙醇（IPA）——一种非极性液体，可帮助土壤溶解。作为一种非离子亲水性溶剂，这种物质的出现不会影响读取到的数值，只是它“稀释”了含有分离离子的液体。
这个测试使用的溶液含有特定50%V/V的异丙醇和50%V/V去离子液体，或是75%V/V的异丙醇和25%V/V去离子液体。
50∶50的混合溶液是一个可选的方案，使用浸没测试方法时，50∶50的混合溶液是在灵敏性和溶解能力之间的最佳折衷方案。
75∶25的混合溶液中酒精含量较高，会降低灵敏性但会增强溶解能力，如果是水的含量较高，则结果相反。
问：PICT测试是否现实？测试结果真的能作为组件可靠性的指标？
答：这要视具体情况来看。用户应该希望了解单个电路组件表面上允许的离子污染水平的上限。显然，如果超过了这一水平，电化学失效出现的风险可能会增加。这要由制造商确定。
答：行业从上世纪70年代起就开始使用PICT和ROSE测试仪。他们使用的是IPA与去离子溶液的混合溶液。
问：如果无法升级，购买新机器的成本是多少？1万美金？5万美金？还是10万美金？
答：作为Contaminometer的制造商，也就是CM系列仪器的制造商，CM11+的起始价是1万美元，CM33L+的价格大约是2.5万美元。最高配置仪器CM60被航空业广泛应用，采用了容积测量单元，其价格约为5万美元。
问：在选择制造工艺时，对测试的可重复性有信心也是个重要因素。那要怎样验证这一点呢？
答：Contaminometer CM系列满足德国Robert Bosch规定的六西格玛标准，是绝无仅有做到这一点的系列仪器。详情请查看免费微电子书《印制电路组装商指南：工艺验证》。具体内容也可以查看Robert Bosch和GEN3公司在2017年度IPC APEX EXPO展会上共同发表的技术论文。
问：是否能在参考模型（试样）的批量生产中进行PICT测试？还是说只能针对独立电子产品模块进行测试？
答：可在产品上进行抽样测试——不是在代表试样上测试。
Teresa Rowe，IPC 组件与标准技术高级总监，曾效力于一家国防承包商公司内任职25 年之久， 负责质量工程设计、培训、审核生产功能和维护保养等相关事宜。目前负责与电子行业联络开发IPC 焊接与验收标准，同时担任焊接、电气性能验收、线缆和线束要求、返工与维修等课程的IPC 认证培训师（CIT）。
Graham K. Naisbitt，英国伦敦市荣誉市民和英国营销同业公会的会员，也是IEC Lord Kelvin 1906奖的获得者。Graham 于1969 年在法国工业工程协会Socaltra 公司开始了他的职业生涯，后来他在法国重工巨头Fives Group 公司工作。在1979 年至1985年期间，他在德国Claudius Peters 的子公司Babcock International 工作。1979 年，Naisbitt 家族创立了ConcoatLtd. 公司，1985 年Graham 回到了该公司，业内专家召开圆桌会议，共同探讨工艺离子污染测试（PICT）标准该公司从重型工程转入电子行业，做出了合乎常理的巨大变化，成为HumiSeal 在英国的分销商。从1979 年到2005 年，Concoat 成为了HumiSeal 三防漆的许可制造商，同时还形成了公司拥有的许多三防漆配方。oncoat 于1982 年开始研发三防漆涂覆设备，其产品线已扩展到在线浸涂和喷涂系统。到2002 年，Concoat 从Henkel KGaA 收购了Multicore Solders SPCID（焊接工艺仪器设备部），从而扩大了其设备制造部门。在将Concoat 出售给HumiSeal 之后， 于2005 年创建了Gen3 公司。Graham 的两个儿子加入公司后，成为家族公司的第三代继承人。Graham 在电子行业拥有40 多年的经验，是三防漆、清洗、SIR 和CAF 测试，电化学可靠性、可焊性和制程控制方面的专家，撰写了100 多篇技术论文，并在世界各地发表演讲。他还是IPC 5-30 清洗和涂覆委员会的现任副主席，该委员会包括15 个测试标准工作组，并且是IEC TC91 的维护负责人，负责SIR、CAF、离子污染测试和可焊性。Graham
是Gen3 的董事长兼首席执行官，该公司是一家非常成功的家族企业。
Jason Keeping 是Celestica公司全球技术和运营团队的加固型电子产品全球工艺流程专家。他在瑞尔森大学（ University of Ryerson）攻读了电气工程学士学位，是六西格玛和精益管理方面的专家，也是一名得到认可的专业工程师。在过去15 年的职业生涯中，Jason 致力于评估敷形涂覆、灌封、底部填充化学物质及其相互反应、点涂技术/ 工艺的可制造性与生产能力，并关注组装级清洗。Jason 荣获过多项大奖，包括2016 年SMTA国际卓越领导力奖、2007 年在墨西哥蒙特雷Celestica 工厂颁发的Shingo 奖， 并且在2005、2009、2012 和2013 为Celestica 获得Frost ＆ Sullivan 奖的作品作出了贡献。Jason与其他人联合主编了《IPC-HDBK-830 手册》，编写了《印制电路手册》敷形涂覆的章节，并且成为《电路组装》杂志2008 年5 月刊封面专题人物。目前他是IPC5-30 清洗与涂覆委员会的主席。最近，Jason 与Collins Aerospace 公司的Dave Hillman 展开了合作， 共同开展整合行业内敷形涂覆的基准研究，用数据和来自行业领先组织的支持来声援J-STD-001 提案。Jason 与来自 BAE Systems 公司的Steph Mescheter 是Celestica 与美国国防部共同开展的两个战略性环境研究和发展项目（SERDP）的首席研究员，该项目主要研究因锡晶须增长导致的腐蚀。
Doug Pauls， 拥有威斯康星州基诺沙迦太基学院的化学和物理学文学士学位，并攻读了威斯康星大学麦迪逊分校电气工程专业的理学士学位。他为美国海军工作9 年， 并在Contamination Studies Labs 实验室担任过8 年的技术总监，之后在Rockwell Collins（现为Collins Aerospace） 公司的高级运营工程组工作了20 年，担任重要材料和工艺工程师。Doug 在2004 获得了Rockwell Collins Arthur A. Collins Award 奖。他长期担任IPC主席一职，并在2017 年荣获IPC 名人堂大奖。Doug 最为人们所知的是他在表面绝缘电阻测试、清洗与清洁度评估、三防漆以及验证制造工艺方面的专长。他长久以来都代表美国参加ISO 和IEC 的SIR、电迁移和清洁度可靠性标准工作组。在他的职业生涯中，他参加过无数电子制造材料与工艺的国内和国际组织。Doug与他的妻子结婚已有34 年，他们的3 个孩子都已经成年，他希望自己的婚姻能够撑过因疫情在家远程办公的这段日子。
本文发表于《PCB007中国线上杂志》6月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
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