2.2.2 现代电子装联工艺过程对物理环境条件的要求

1.气温

现代电子装联场地环境温度的设置要以人为本，感觉最舒适的温度是人体的正常体温的黄金分割值（37×0.618=22.87≈23℃）。再综合考虑节能等因素，从事现代电子产品装联工作场地的最适宜的温度范围为23±5℃。

在这样的环境温度范围下作业，具有下列好处。

① 操作者在操作过程中不会出汗。微生物中的霉菌、真菌和细菌在其代谢过程中会产生有机酸，人的手汗中含有多种无机物和有机物，如表2.4所示。

手汗很容易使金属镀层发生化学或电化学腐蚀，其中大多数的腐蚀产物均难以与助焊剂形成融溶性化合物，所以它们都将降低镀层的可焊性。

② 医学研究表明在上述恒定环境温度中，人的肌体新陈代谢、生理节奏和生理机能都处于最佳状态，能让操作者感觉最舒适，发挥人的最大生理潜能，提高效能，生产出质量最好的产品。

2.湿度

现代电子装联场地的环境湿度的设置，要同时兼顾人体的感受、霉菌和细菌的繁殖条件和元器件对湿度的敏感性。能同时满足上述要求的环境湿度范围为50%±10%RH。

在该环境湿度范围内，有如下特点：

① 最适宜人体生活；

② 霉菌和细菌繁殖速度最慢；

③ 能较好地兼容潮湿敏感器件（MSD）和静电敏感器件（SSD）的要求。我们知道，MSD在储存、配送和生产过程中要求严格防潮，环境湿度越低越好（如20%RH），以防止焊接中的爆米花现象。然而，与此相反，SSD最忌环境干燥，环境湿度低了，易导致静电损坏，因此要求环境湿度要高（如80%RH）。对上述完全相反的要求，在工业生产中就只能釆取折中的方法处理。

大气候环境中湿度的变化与有无风及风速的大小有很大关系，刮风下雨的气候湿度并不一定很高，高湿度往往发生在无风的闷热天气，下雨是造成湿度上升的主要原因。

3.气压

（1）气压对高密度电子组装质量的影响

大气候环境气压的明显变化，在厂房不密封的情况下，肯定要波及SMT车间的环境，并通过它影响到再流炉内气压的微变。这将使密间距的μBGA、CSP面阵列封装芯片在再流过程中，向外排出内部的可挥发物和气体的通道不畅，从而造成气体在内部的集聚而形成空洞。对此，我们已明显感觉到这种影响的存在。例如，在南方某海滨城市，一年的5～8月间，随着强对流天气的突发，在再流焊接工艺过程中，密间距μBGA、CSP焊点内空洞数量会奇异地突然增多增大，而且有时键盘的ENIG Ni/Au涂层上还会不明原因出现白色有机微粒物，采取各种工艺措施均难以消除。然而过了几天，强对流气候过去了，这种现象又奇迹般自动消失了。

（2）抑制大气气压变化的影响

抑制大气气压变化的不利影响，较好的办法是采取封闭式厂房，厂房内的气压要对外部大气环境保持一定的正压。工作区域与外界的出入应设置有25m直线距离的不流通的静止空气廊道，廊道两端应分别设置两道自动闸门，有人即开，无人即闭。

4.空气洁净度

（1）名词定义和空气中污染物的化学构成

1）名词定义

① 脏污：是指影响正常状态的那些由外界介入的不需要的物质，通常是一些不良的成分。

② 脏污控制：是将对产品合格率和可靠性有不利影响的所有人员、操作、设备、设施、物料、环境等全面考虑的全系统控制。

2）空气中污染物的化学构成

在工业大气中，除了含有悬浮的粉尘物（灰尘）和O2外，还含有少量的CO2、CO、H2S、SO2等。最具腐蚀性的气体是SO2，它主要来源于煤、石油、汽油的燃烧。

（2）空气洁净度的分级

目前，对空气洁净度的定义主要是指粉尘物的含量，按工作区域的不同有不同要求，如表2.5所示。

ISO对洁净度级别的划分，如表2.6所示。

（3）空气中的粉尘及脏污物对现代电子装联工艺过程的危害

① 空气中正常的CO2是无害的，它不会引起腐蚀，也不会加速腐蚀。空气中微量的H2S，可引起Ag、Cu的变色。Ag的变色是形成了Ag2S+Ag2O+CuCl膜，而Cu的变色是形成了Cu2S+CuS+Cu2O的混合膜，而且还可能会带来其他的一系列潜变腐蚀问题。

② 粉尘将对焊膏造成污染和改性，滋生一系列的焊接缺陷，而且还会造成对SMT精密设备的运动机构加速磨损，缩短设备的寿命。

③ 粉尘会大大加重静电的危害。为便于分析粉尘的危害，将一个固体分割为微细的粉尘粒子时，其总表面面积将有极大的增大。为了能简单说明问题，我们将和球形物体有等量质量的微细的球形粉粒集合起来进行比较，如图2.3所示。

设图2.3左侧的固体球的半径为r1，粉尘粒子的半径为r2，那么固体球及粉尘粒子的表面面积分别为

微细粉尘的粒子数为

由此可求得二者的表面面积比为

例如，把直径为1cm的球体粉碎成直径为10μm的球形粉尘粒子的集合，那么它的总表面面积就成了固体球表面积的1000倍。

由于静电荷通常都是发生在物体的表面，在其他条件相同的情况下，表面积越大的物体带电量也就越多。根据这一原理，粉尘粒子的特征是单位质量的带电量多，如前面计算的例子，粉尘粒子的集合所带的静电量就有可能成为等质量固体球的1000倍。

当粒子尺寸为几微米至几十微米的高分子粉尘，携带电荷量大多平均1g能带有几微库至几十微库。如果100～1000kg的这种粉尘集合，它所带的电荷量将多达数库。该值可和一次雷电放电的电荷量相匹敌。像这样容易成为高带电状态的粉尘，与固体状态相比所造成的静电损害要严重得多。因此，在电子装联场地，当有大量的半导体封装芯片存在的情况下，粉尘浓度必须要严格控制。

（4）抑制措施

① 为确保工作场地的洁净度，可采取与抑制大气气压变化的影响完全相同的措施，此处不再重复。

② 洁净度的保持，有赖于人员的定位与训练。美国波音飞机公司称：在微电路制造中的生产量是和生产过程中采取的洁净措施的质量成正比的。

③ 严格执行5S的管理要求（本书其他章节中将介绍）。

5.噪声

（1）噪声的产生和危害

噪声是另一种环境因素。所谓噪声，按物理定义就是含有多种音调成分的无规律的复合声。生物学家则是以人的主观感觉为尺度，认为凡是使人不适或厌恶的声音都是噪声。它来源很广，如设备的运转、金属之间的撞击、人的喧哗等，都是噪声之源。

噪声对人体十分有害，使人倦怠乏力、心烦意乱、脾气暴躁、降低工作效率，影响工作质量。持久的噪声将导致神经衰弱、高血压、心脏病、精神病等。一位声学专家说：“噪声像毒素一般，是一种致死的慢性毒素。”目前，噪声的危害已被列在废气、废水之后，称为第三公害，是地地道道的环境污染。

（2）对现代电子装联工作场地的噪声限制

现代电子装联工作场地的噪声水平应严格控制在不大于60dB的范围内。

6.照明

现代电子装联场地工作面的光强度至少应有1077lx，光照应柔和。

7.电磁环境

现代电子装联工作场地应避免有大功率辐射源的电磁场、强静电、强磁场或放射场。