在2002[1]年出版的IEST-STD-CC1246D是最新标准修订版,该标准在1962年首次出版,当时被称为MIL-STD-1246.[2]。该标准是为了响应对产品(包括元器件和流体)的洁净程度进行定量的测定这一需求而制定的。这一标准定义了微粒以及非挥发性残留物(nonvolatile residue,NVR)的分子污染水平。 基于当时的技术水平和需要,该标准认为粉尘粒子直径小于1 μm、NVR水平低于1mg的污染并不重要。 实验显示,洁净产品上的粒子分布很可能呈对数正态分布,其峰值为1 μm。Cooper[3]比较了3种不同的描述粒子分布的方法。在标准中,选择了对数正态分布,累计分布,并采用如下的log-log2等式来近似: log N = -0.926(log2x - log2L) N=每0.1ft2的表面积,1ft3的气体或者0.1liter的液体所具有的粒子数; 0.926是直线斜率的绝对值(也就是线与水平轴之间夹角的正切值); x=在测微计上测得的粒子的直径; L=洁净度水平。 对于经过仔细清洁或是经过过滤的产品上的粒子分布,对数正态分布近似值提供了一个很好的表述。由于大粒子比小粒子要容易清除,所以最终留在产品上的是大量的小粒子。 IEST-STD-CC1246D采用的是相同的等式,但是对它的单位作了相应的改变,与国际单位制(SI)保持一致。ft2采用0.1m2代替,且所有的液体体积都采用0.1升来度量。ft2 和0.1m2 之间的不同对于计算粒子的不确定度而言,特别是采用手工方法来进行统计时,是没有什么太大区别的。 图1和图2所示的是IEST-STD-CC1246D标准中定义的粒子洁净度水平。
图1 产品的清洁度。
最初,粒子的洁净度水平是从10到1000,在B[4]版本中,拓展到了1。 NVR水平原来被定义为mg/ft2,而液体则定义为mg/0.1liter。气体没有囊括进去。
修订版C 美国陆军导弹指挥部向IEST提议对标准进行修订。IEST组成了901工作组来进行版本修订,并在1994年[5]中出版了MIL-STD-1246C。 由于污染控制技术的迅速发展,以及对洁净度的要求越来越苛刻,标准发生了非常显著的变化。 在新的标准中,有了对指定粒子的洁净度水平方程式的替代方法。这一新方法可以将粒子的尺寸精确到1μm以下,而且还考虑到了更新的测量粒子的技术以及粒子对产品性能产生的影响。 粒子沉积可以用区域覆盖百分比(percent area coverage,PAC)来定义,它可以用来替代或补充对粒子大小以及洁净度的规定。对于确定光学设备(如太阳能电池面板,太空船散热器表面以及相关设备)的洁净度而言,这是必需的。选择术语PAC来代替以前的所使用的术语obscuration(暗淡度),是因为它定义的是粒子投射区域的总和,而obscuration则可能会是由于光学的衰减而导致形成,这与区域覆盖率不存在直接的关系。 当洁净室内的粒子沉积度在log-log2图表上绘出的时候,其结果曲线将不再遵循洁净度水平方程式。Hamburg和Shon[6]指出,根据洁净室的空气类别和操作类别,当方程调整到与实际的和理论的沉积数据吻合时,洁净室内的粒子沉积曲线的斜率将近似达到-0.3。“脏”产品上分布的粒子符合两个或者更多的粒子分布曲线。任何一个粒子的大小尺寸都取决于粒子污染源。 为了满足生产更加洁净的产品的需要,规定的最小的最大NVR水平允许值已经变到了0.01mg/0.1m2和0.1mg/L。 增加了一个统计章节,将“视觉清洁”定义为一种洁净规格。许多应用表明,如果是经过培训的专业人员[7],那么视觉清洁检测方法也是可计量的。
修订版D 在1997年,陆军导弹指挥部委托IEST修改并采用MIL-STD-1246作为一个工业标准,因为它非常有用,可以在军事应用范围之外大力推广,而美国的政策也要求众多机构在实际应用中将这些标准从政府标准转化成非政府标准。 IEST-STD-CC1246D进一步减小了最小的最大NVR水平允许值,将其规定到了10ng每0.1m2或0.1L。
该标准的表1(见图2)在调整的过程中做了修订,包括对粒子数量的统计精确到3位有效数字或者小数点后一位,这种做法是非常恰当的。采用分数来计算粒子可能会导致一些问题,但是,当对数据进行了标准化,或者为了统计目的而进行均值计算时,结果出现分数也是可能的。在使用标准的图1、图2(表1)、图3(表3)、以及其他表时,你还会发现很多详细的要求。标准在继续提供其他文档(已经可以充分的覆盖整个主题)的同时,取消了清洁和包装的附录。
图3 NVR清洁度*。
测试方法的信息列表也做了更新。 在D版本的起草阶段,ISO TC20/ 委员会14,Space Systems和Operations共同开发出了ISO 15952-2[8]。两个标准的合作工作在ISO TC20/SC14的协调下进行,所以洁净度水平具有兼容性。因为要求评审,对于新的标准和现行标准,国际和国内标准一直在进行协调。这是包括IEST,ASTM,ISO以及其他的一些组织机构在内共同努力的结果。
图2 微粒的清洁度*。
下一个修订版IEST的政策要求在标准初次出版三年后,开始启动回顾评审工作。IEST-STD-CC1246D现在就处于这个阶段。新的测试方法已经发布,有必要对一些要求和措词进行说明澄清。对于IEST-STD-CC1246D的任何评价都应该提交到IEST。而所有参与到评审和任何版本修订工作的行为,都将受到鼓励。从工业和政府的人员中获取评价和建议是非常重要的,因为是他们在使用这些文档。
参考文献 1. IEST-STD-CC1246D, Product Cleanliness Levels and Contamination Control Program, Jan. 2002. 2. MIL-STD-1246, Product Cleanliness Levels and Contamination Control Program, Dec. 1962. 3. Cooper, D.W., “Comparing Three Environmental Particle Size Distributions: Power Law (FED-STD-209D), Lognormal, Approximate Lognormal (MIL-STD-1246B),” Journal of the IES, Vol. 34, No. 1, Jan/Feb 1991, pp. 21-24. 4. MIL-STD-1246B, Product Cleanliness Levels and Contamination Control Program, Sept. 1987. 5. MIL-STD-1246C, Product Cleanliness Levels and Contamination Control Program, April 1994. 6. Hamburg and E. M. Shon, Particle Size Distribution on Surfaces in Clean Rooms, Proc. IES, May 1984, pp. 14-19. 7. J.T.Sanders, Precise Visual Inspection, 1998 Proceedings of the IEST, Phoenix, Ariz., May 1998. 8. ISO 14952-1, Space systems-Surface cleanliness of fluid systems-Part 2: Cleanliness levels, Available from American Institute of Aeronautics & Astronautics, http://www.aiaa.org.
作者简介 Gene Borson在加州大学伯克利分校(1950)获得了机械工程学士学位,并在加州大学的洛杉矶分校完成了研究生学业。他在宇宙飞船系统上有超过35年的工作经验,其中包括了在地面和飞行操作中对污染的控制。他在1962年加入航天公司,从1991年退休到现在,他都一直是污染控制和空间系统的材料应用方面的顾问。他现在还在Swales Aerospace做兼职,为NASA的空间项目工作。他是IEST WG-901的成员,负责撰写MIL-STD-1246C和 IEST-STD-CC1246D。并且在IEST的其他工作组也很活跃。 他积极的加入到国内和国际的技术事务中去,并且是致力于“空间模拟和空间技术应用”的ASTM Committee E-21的一个元老级成员。他还是美国技术谘询小组(TAG)中ASTM E-21的代表。为ISO 技术委员会209工作组“洁净室和相关环境控制”,ISO TC 20,“飞行器和空间交通工具”,以及附属委员会14,“空间系统和操作”而工作。
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