陳俊峰，文尚暉，程 綱

(桂林航天電子有限公司，廣西桂林，541002)

1 概述

多余物是電磁繼電器的常見(jiàn)病，從近年多余物質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，非金屬多余物質(zhì)量問(wèn)題數(shù)的占比不斷提升，這說(shuō)明金屬多余物的控制技術(shù)研究成果、工藝方法和檢測(cè)手段是比較成功的。非金屬多余物的控制不僅要技術(shù)突破，而且管理也要到位，本文全流程梳理電磁繼電器制造過(guò)程，針對(duì)非金屬多余物的來(lái)源及成分，采取較為有效的控制技術(shù)減少非金屬多余物質(zhì)量問(wèn)題。

2 非金屬多余物來(lái)源及危害

非金屬多余物主要來(lái)源包括非金屬零組件殘留多余物和帶入類(lèi)非金屬多余物。

(1)非金屬零組件殘留多余物來(lái)源

非金屬零組件殘留多余物主要來(lái)源于四個(gè)方面：①線圈組、載觸體、墊片等殘留的聚四氟乙烯、聚酰亞胺、漆包線表皮、氟塑料、酚醛樹(shù)脂等有機(jī)物；②底座組玻璃絕緣子和推動(dòng)器的玻璃碎裂物，玻璃因受到溫度、振動(dòng)、沖擊、內(nèi)部氣氛等因素的影響導(dǎo)致絕緣子碎裂、摩擦粉末；③電磁繼電器裝配過(guò)程中助焊劑殘留物；④電磁繼電器裝配過(guò)程中清洗劑殘留物。詳見(jiàn)表1。

(2)帶入類(lèi)非金屬多余物來(lái)源

帶入類(lèi)非金屬多余物來(lái)源復(fù)雜，成分多樣，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”生產(chǎn)六要素梳理來(lái)源，詳見(jiàn)表2。

表1 非金屬零組件殘留多余物來(lái)源表

表2 帶入類(lèi)非金屬多余物來(lái)源表

本文應(yīng)用傅立葉變換紅外光譜儀獲取了可能的全部非金屬多余物的譜圖，形成圖譜清單，失效樣品與圖譜清單對(duì)比得出非金屬多余物重點(diǎn)來(lái)源于線圈繞制過(guò)程、外界帶入等。

(3)非金屬多余物危害

非金屬多余物一旦進(jìn)入電磁繼電器內(nèi)部，在生產(chǎn)過(guò)程中很難剔除[1]，在其后產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中也很難完全檢驗(yàn)出來(lái)，因此必須在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)控制。非金屬多余物在電磁繼電器通斷過(guò)程中，在靜電的作用下存在于觸點(diǎn)之間，致使觸點(diǎn)不通或接觸電阻大而導(dǎo)致產(chǎn)品失效。

3 線圈繞制過(guò)程非金屬多余物控制 技術(shù)研究

線圈是電磁繼電器內(nèi)部的最大污染源，線圈本身的有機(jī)非金屬多余物或吸附的多余物在靜電作用下向觸點(diǎn)移動(dòng)，導(dǎo)致接觸電阻變大，甚至導(dǎo)致觸點(diǎn)失效。線圈組不僅有原材料揮發(fā)污染物，而且由于線圈匝間間隙的毛細(xì)管效應(yīng)會(huì)吸附生產(chǎn)過(guò)程中工藝介質(zhì)，在電磁繼電器后續(xù)的試驗(yàn)、存儲(chǔ)、使用過(guò)程中，線圈不斷揮發(fā)有機(jī)污染氣氛，并逐漸聚集在觸點(diǎn)表面，當(dāng)有機(jī)膜層厚度超過(guò)一定程度之后，就會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸電阻增大，嚴(yán)重時(shí)引起觸點(diǎn)不通[2]。

(1)線圈材料的控制技術(shù)研究

線圈組一般由線圈骨架、漆包線、線圈包扎薄膜、橋線組成。

線圈骨架和線圈包扎薄膜材料一般為聚四氟乙烯、聚酰亞胺或LCP，加工方法通常為車(chē)削加工成型、剪切成型或沖裁成型，在制造過(guò)程中存在絲狀多余物，通常采用振動(dòng)光飾去毛刺方法或者毛刺刀手工去除方法，不僅耗時(shí)耗力，而且效果也不盡如人意。本文采用皮秒激光切割設(shè)備對(duì)部分非金屬零件進(jìn)行加工，利用高功率密度的激光光斑照射加工區(qū)域，使加工區(qū)域瞬間汽化或熔化，從而實(shí)現(xiàn)切割成型。

由圖1可知不僅皮秒激光切割成型零件的均勻性要優(yōu)于機(jī)加成型零件，而且多余物情況明顯改善。皮秒激光切割成型典型工藝參數(shù)如表3所示：

圖1 機(jī)加成型(左)與皮秒激光切割成型(右)零件對(duì)比圖

表3 常用皮秒激光切割工藝參數(shù)

通過(guò)采用皮秒激光切割加工方法，可以有效減少材料本身的非金屬多余物。同時(shí)開(kāi)發(fā)了專用軟件，建立了判斷標(biāo)準(zhǔn)和非金屬零件邊緣檢測(cè)算法，提高了檢測(cè)效率和檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)了非金屬多余物的自動(dòng)檢測(cè)[3]。

圖2 非金屬多余物配準(zhǔn)示意圖

漆包線材料一般為220級(jí)聚酰亞胺漆包銅圓線，生產(chǎn)廠家一般會(huì)應(yīng)用液體石蠟與120#汽油的混合物作為潤(rùn)滑劑來(lái)制造漆包線，而石蠟揮發(fā)會(huì)影響接觸電阻。因此本文研究應(yīng)用了某品牌的無(wú)石蠟漆包線，經(jīng)7個(gè)批次，共計(jì)3530只2JL0.5-2型電磁繼電器產(chǎn)品生產(chǎn)驗(yàn)證效果良好。裝配過(guò)程因接觸電阻不合格產(chǎn)品8只，不合格率為0.23%，低于正常水平的0.42%，裝配合格產(chǎn)品進(jìn)行檢查試驗(yàn)，檢查試驗(yàn)階段因接觸電阻不合格產(chǎn)品10只，不合格率0.28%，低于正常水平的0.4%。

橋線的去漆皮方式由傳統(tǒng)的熱堿去漆皮或機(jī)械去除方法更改為激光燒蝕去漆皮方法，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，非金屬多余物殘留明顯減少[4]。

(2)線圈制造過(guò)程非金屬多余物的控制

線圈的制造過(guò)程通常由線圈繞制、清洗、包扎、烘烤、測(cè)試等工步組成。本文采用了自動(dòng)繞線設(shè)備，避免了操作者與漆包線直接接觸造成二次污染，線圈自動(dòng)繞制時(shí)采用120#航空汽油同步清洗漆包線表面。

為確保接觸電阻的穩(wěn)定性，繞制后的線圈應(yīng)用Vaccy3006型自動(dòng)清洗機(jī)清洗，然后進(jìn)行高真空烘烤，目的是去除線圈吸附殘留物、釋放漆包線漆層中的有機(jī)物等，以防在線圈內(nèi)部形成非金屬多余物。典型代表產(chǎn)品2JL0.5-1、2JW-1型電磁繼電器的線圈在1×10-2Pa、175℃條件下烘烤24h[5]，參照航天五院Q/W776《衛(wèi)星用非金屬材料出氣篩選方法》測(cè)試條件(1.33×10-3Pa，125℃±1℃，24h)，采用3H-2000PW蒸汽吸附儀測(cè)試真空熱失重，總質(zhì)量損失為0.0045%，可凝揮發(fā)物質(zhì)量損失為0.0026%，測(cè)試結(jié)果證明效果良好。

線圈包扎時(shí)磨擦產(chǎn)生靜電，帶正電荷的聚四氟乙烯包扎薄膜容易吸附空氣中帶負(fù)電荷的毛發(fā)、玻璃、纖維等顆粒物，在線圈中形成白色非金屬多余物[6]，因此我們按照單元制造的模式優(yōu)化了繞線工藝布局，將包扎間改造成十萬(wàn)級(jí)防靜電間，按照防靜電工作區(qū)(Electrostatic discharge Protected Area，EPA)的要求配備防靜電的座椅、腕帶、工作服、元件器周轉(zhuǎn)盒(袋)等，并配置了離子風(fēng)靜電消除器、靜電監(jiān)測(cè)設(shè)備等。采取措施后由于線圈產(chǎn)生的白色非金屬多余物明顯減少。

4 外界帶入類(lèi)非金屬多余物的控制 技術(shù)研究

外界帶入類(lèi)非金屬多余物不僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，而且更是一個(gè)管理問(wèn)題，本文通過(guò)梳理分析生產(chǎn)六要素，確定了三個(gè)主要影響因素：人體帶入、設(shè)備帶入和環(huán)境控制不到位。

(1)人體帶入的非金屬多余物控制

全體產(chǎn)品裝配區(qū)的人員必須加強(qiáng)個(gè)人衛(wèi)生，不允許涂抹任何化妝品，不允許戴任何首飾，不允許帶與工作無(wú)關(guān)的物品進(jìn)入工作區(qū)，手機(jī)等電子產(chǎn)品是堅(jiān)決禁止的。全過(guò)程要穿好潔凈服、工作鞋，戴好工作帽和無(wú)粉指套，必須穿襪子，以免皮屑?xì)埩粼跐崈舴?nèi)。易產(chǎn)生非金屬多余物的衣服不得與潔凈服直接相連，如毛衣、羊毛衫等。修訂完善管理制度，管理人員必須每天檢查這些多余物規(guī)定的執(zhí)行情況，確保落實(shí)到位。

加強(qiáng)潔凈服的管理，采用專用潔凈服洗衣機(jī)針對(duì)不同環(huán)境等級(jí)的潔凈服定期清洗，例如十萬(wàn)級(jí)環(huán)境中使用的潔凈服每周至少清洗一次，更高環(huán)境下使用的潔凈服清洗周期則要縮短。采用漢姆克滾筒法評(píng)價(jià)清洗效果，監(jiān)測(cè)潔凈服烘干后的發(fā)塵量是否滿足對(duì)應(yīng)潔凈度要求。生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用專業(yè)潔凈服清洗設(shè)備及清洗效果檢測(cè)儀器，按照規(guī)定周期清洗，可以有效保證潔凈服的潔凈度。

圖3 潔凈服清洗效果檢測(cè)儀(漢姆克滾筒法)

佩戴無(wú)粉指套進(jìn)行操作是防止手部皮膚與工件直接接觸的常用手段，但市場(chǎng)上銷(xiāo)售的無(wú)粉指套會(huì)殘留少量粉末狀多余物(如滑石粉等)，因此，使用前必須清洗干凈。本文采用專用清洗設(shè)備，按照去離子水清洗→無(wú)水乙醇漂洗→脫水→真空干燥的流程進(jìn)行清洗，清洗效果評(píng)價(jià)借鑒漢姆克滾筒法。實(shí)踐表明，清洗無(wú)粉指套可以有效減少指套殘留無(wú)機(jī)非金屬多余物。

(2)設(shè)備帶入的非金屬多余物控制

電子設(shè)備產(chǎn)生的靜電會(huì)吸附較多的非金屬多余物，因此我們必須保持設(shè)備的干凈整潔，例如烘烤系統(tǒng)、電子干燥柜、吹凈裝置、清洗設(shè)備等。

烘烤系統(tǒng)的烘箱每次烘烤前必須用無(wú)水乙醇擦拭不少于三次，氮?dú)馄繎?yīng)保持清潔，在管道氮?dú)膺M(jìn)入烘箱前增加過(guò)濾，管道也要定期清洗，泵房必須與潔凈間隔離，且不得與潔凈廠房應(yīng)用同一回風(fēng)系統(tǒng)。

塞片是電磁繼電器測(cè)量觸點(diǎn)間隙和磁間隙的主要測(cè)具，由于塞片粘附或摩擦產(chǎn)生多余物導(dǎo)致繼電器故障已經(jīng)多次發(fā)生。因此采取針對(duì)性措施加強(qiáng)塞片管控是必須的，包括：規(guī)范塞片的形狀易于區(qū)別測(cè)量端和手持端；統(tǒng)一標(biāo)識(shí)編號(hào)；嚴(yán)肅出入庫(kù)和測(cè)量過(guò)程的管控要求，并做好記錄；使用前進(jìn)行清洗確認(rèn)塞片是潔凈的。實(shí)踐表明取得了良好的效果。

(3)裝配環(huán)境的控制

產(chǎn)品裝配完成后進(jìn)行整件超聲波清洗、產(chǎn)品性能測(cè)試、套殼檢查，為了更加有效控制非金屬多余物，本文的成品裝配環(huán)境由原來(lái)的十萬(wàn)級(jí)潔凈間優(yōu)化為百級(jí)潔凈間。在百級(jí)潔凈間內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行浸泡→超聲波清洗→吹凈→漂洗→烘干等工序，清洗的同時(shí)用IONOGRAPH 500M型離子污染物測(cè)試儀檢測(cè)是否存在可溶解的離子型污染物，當(dāng)檢測(cè)濃度小于1.56μg/cm2(NaCl)時(shí)為合格，產(chǎn)品烘干后用40倍體式顯微鏡進(jìn)行多余物檢查，結(jié)果表明非金屬多余物去除效果良好。多余物檢查通過(guò)后馬上進(jìn)行產(chǎn)品封裝，然后進(jìn)行烘烤、充氮工序，減少滯留時(shí)間。

加強(qiáng)6S管理，確保十萬(wàn)級(jí)潔凈間、百級(jí)潔凈間、百級(jí)潔凈工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)離子濃度達(dá)標(biāo)，例如，百級(jí)潔凈間每個(gè)工作日、每隔5米至少設(shè)置兩個(gè)測(cè)試采樣點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)環(huán)境是否達(dá)標(biāo)。同時(shí)定期維護(hù)保養(yǎng)和更換高效過(guò)濾器，加強(qiáng)外回風(fēng)區(qū)域的環(huán)境控制，潔凈間增加值班風(fēng)機(jī)以確保沒(méi)有人工作時(shí)的環(huán)境保持能力。

通過(guò)以上技術(shù)和管理手段，非金屬多余物的防控效果良好。為此，我們修訂完善了多余物預(yù)防與控制工作管理辦法、電磁繼電器有機(jī)污染控制規(guī)范、產(chǎn)品多余物控制要求、裝配車(chē)間文明生產(chǎn)要求等管理制度和規(guī)定。

5 結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)梳理非金屬多余物的來(lái)源，采取針對(duì)性控制技術(shù)，較好的解決了電磁繼電器非金屬多余物問(wèn)題。通過(guò)研究，本文得出結(jié)論如下：

(1)線圈是電磁繼電器內(nèi)部的最大污染源，通過(guò)無(wú)石蠟漆包線的應(yīng)用，改進(jìn)清洗工藝和高真空烘烤工藝可以有效降低非金屬多余物的揮發(fā)，改善線圈包扎的硬件設(shè)施可有效降低白色非金屬多余物。

(2)應(yīng)用皮秒激光切割成型技術(shù)和非金屬多余物自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)減少零組件非金屬多余物。產(chǎn)品裝配環(huán)節(jié)針對(duì)凈化服、指套、塞片、成品裝配環(huán)境等管控上的薄弱環(huán)節(jié)，采取技術(shù)和管理相結(jié)合的針對(duì)性措施，比較有效地減少了非金屬多余物。

(3)技術(shù)和管理相結(jié)合，重點(diǎn)管控人員、設(shè)備、環(huán)境，強(qiáng)化文明生產(chǎn)檢查，加強(qiáng)6S管理，做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，完善規(guī)章制度，確保多余物防控措施有效落地是解決好多余物問(wèn)題的關(guān)鍵。