SMT车间洁净度等级:万级与十万级的选择

常规 SMT 板级装配,在没有更严客户要求、没有裸露光学面等特殊工序的条件下,可以把十万级(约 ISO 8)作为洁净车间初步设计的候选。客户明确要求万级,或产品验证表明需要更低的空气粒子浓度时,采用万级(约 ISO 7);只有个别敏感工位需要更高洁净度时,优先评估局部洁净防护。

这里的“初步设计候选”需要经过产品与工艺验证,才能成为正式要求。下面把选择条件、验证结果和验收数字对应起来。

ISO 1到ISO 9,各级允许多少粒子?

国内分级依据为 GB/T 25915.1—2021《洁净室及相关受控环境 第1部分:按粒子浓度划分空气洁净度等级》,国际上常用 ISO 14644-1:2015。

ISO 整数等级从 1 到 9,ISO 1 的粒子浓度要求最严。下表单位均为个/m³,列标题表示“粒径大于或等于该尺寸”的累积数量上限。

ISO 等级≥0.1 μm≥0.2 μm≥0.3 μm≥0.5 μm≥1 μm≥5 μm
ISO 110—————
ISO 21002410———
ISO 31,00023710235——
ISO 410,0002,3701,02035283—
ISO 5100,00023,70010,2003,520832—
ISO 61,000,000237,000102,00035,2008,320293
ISO 7———352,00083,2002,930
ISO 8———3,520,000832,00029,300
ISO 9———35,200,0008,320,000293,000

“—”表示该版本主分级表未列出这一等级与粒径组合的限值,既不是零,也不是漏填。各等级都有相应指标,但并非每级都在六个粒径栏中给出数值。

ISO 9 级只适用于动态条件下的分级。

传统的百级、千级、万级、十万级,按 ≥0.5 μm 粒子的浓度量级,分别近似对应 ISO 5、6、7、8。旧称以每立方英尺计数,ISO 以每立方米计数;正式技术协议应写标准、等级、粒径与检测状态。

什么情况下选十万级?

满足以下条件的常规板级装配,可把 ISO 8 作为初步方案:

  • 产品以已封装元器件的 PCB 装配为主,工艺中没有需要单独控制的裸露光学面、裸芯片或其他敏感表面
  • 客户协议、产品规范及适用的设计要求,没有规定更严的空气洁净度
  • 按拟定环境条件进行工艺验证后,异物、功能及相关可靠性指标达到产品要求

实际项目中有采用十万级的实例。江苏芯华睿新能源及车规功率半导体项目的公开环评文件,将 SMT 贴片车间列为十万级。它说明车规相关项目的 SMT 区域也有这样的设计选择,具体产品仍按其技术要求执行。

选择结果:三个条件均满足,且动态检测符合 ISO 8,便可将该等级纳入正式生产要求。 若客户要求尚未拿到,或产品验证尚未完成,方案应停留在设计评审阶段,不直接签成最终验收等级。

产品验证的判据从产品图纸、清洁规范和可靠性要求中提取:敏感位置允许的异物尺寸与数量、功能测试限值,以及规定的可靠性试验结果。文件缺少这些指标时,由工艺、质量与客户确认后再试产定级。

动态 ISO 8 如约定检测 ≥0.5 μm 和 ≥5 μm 两项,对应上限分别为 3,520,000 个/m³、29,300 个/m³。它给出了环境合格线;产品验证则确认这条合格线能否满足所生产的产品。

什么情况下选万级?

采用 ISO 7,主要有两类明确依据。

第一类是已有书面要求。 客户技术协议、经批准的产品工艺文件或厂房设计要求指定 ISO 7,就按规定区域、粒径和检测状态执行。若文件只写“万级”,应在设计确认时补齐上述条件。

第二类是工艺验证支持提高等级。 在 ISO 8 条件下,产品仍出现超出允许范围的颗粒污染;排查和对比验证确认,降低空气粒子浓度能够使产品达到要求,此时将经过验证的更严等级写入工艺文件。

如果采用 ISO 7,≥0.5 μm 与 ≥5 μm 的限值分别降到 352,000 个/m³、2,930 个/m³,均为 ISO 8 对应上限的十分之一。实际不良率改善多少,要由产品试验给出,不能按这个倍数换算。

万级也有常规电子装配的项目实例。重庆海尔空调新增电脑板车间项目的公开建设文件,列出 6 条 SMT 线,并将 SMT 生产区设计为万级。与前述案例放在一起看,产品叫“车规”或“家电”,都不足以单独决定车间等级。

选择结果:有明确 ISO 7 要求,直接按要求设计;由验证推动升级,则以污染改善和产品达标结果完成定级。 仅发现一次异物超标时,先定位污染来源,避免把钢网残留、分板碎屑等局部问题全部归到空气等级上。

什么时候只提高局部工位的洁净度?

假如一般 SMT 区域已经满足产品要求,问题集中在后续裸露光学面或裸芯片操作工位,可以比较“整间升级”与“局部封闭防护”两种方案。

局部方案的验收对象应覆盖产品真正暴露的位置,并包括上料、操作和转运。检测时设备与人员按约定方式运行,同时检查产品上的颗粒或功能结果。

选择结果:局部环境和产品验证均达标、客户认可区域边界,就采用该局部方案;若污染在转运或多个开放工序中反复进入,则扩大保护范围或调整整体分区。 局部需要 ISO 5 还是 ISO 6,也应由对应工艺要求和验证确定。

已经有检测数据,怎样判定?

以同一采样位置的两项结果为例。下表为计算示例,均已换算为个/m³:

≥0.5 μm 实测值≥5 μm 实测值对照 ISO 8对照 ISO 7
600,0004,000两项均符合两项均超限
300,0002,000两项均符合两项均符合
300,0004,000两项均符合≥5 μm 超限

最后一行尤其值得注意:同时约定检测这两个粒径时,应分别判定。单看 ≥0.5 μm 的数字,会漏掉另一项超标。

这只说明该采样位置的结果。整个区域分级,还要按标准完成规定的点位、采样量和状态下的检测,并逐点评价;全室平均数不能掩盖局部超标。

检测状态也要一致:空态是设施建成、未进生产设备物料和人员;静态是设备安装并按约定运行、无操作人员;动态是设备与规定人员按约定方式工作。用于确认生产环境的要求,应把动态条件写清楚。

把选择结果写进技术协议

等级确定后,至少记录以下内容:

项目应明确的内容
适用范围房间、产线或局部工位的边界
分级依据标准名称、版本与目标 ISO 等级
粒径与限值每个约定粒径的浓度上限,单位为个/m³
检测状态设备运行、人员数量、补料及转运条件
采样与判定点位、采样高度、采样量、仪器及逐点结果
运行复核监测安排、超限处理、设备与风量变更后的复核

温湿度、防静电、排风与 PCBA 表面清洁要求应另列。ISO 粒子等级不会自动确定这些指标。

对于常规 SMT 新建方案,先以客户与工艺要求排除必须采用更严等级的情况,再评审 ISO 8;有明确 ISO 7 要求或升级验证结果时采用 ISO 7;污染敏感工序集中在少数位置时,验证局部防护方案。最终留下的应是一份能按位置、状态和数字验收的要求。

参考来源

  1. 国家标准:GB/T 25915.1—2021
  2. ISO 14644-1:2015
  3. ASHRAE Handbook:Clean Spaces,粒子浓度表及检测状态
  4. 芯华睿新能源及车规功率半导体项目环境影响报告表
  5. 重庆海尔空调新增电脑板车间及注塑及配套项目环境影响报告表

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