一般來說，空氣污染通常有許多來源，其污染物含有豐富的氧化物、氯化物與硫化物能導致許多工業元件上其各種合金材料的嚴重腐蝕。
而含硫的氣體，如硫化氫(H2S)與二氧化硫(SO2)是一般最主要造成電子設備腐蝕的腐蝕性氣體。然而，在日趨嚴重的環境污染與2003年歐盟頒布管制有害物質禁用指令(Restriction of Hazardous Substances Directive, RoHS)後，對於高階電子設備相關材料的選擇更是非常關鍵。
即使在惡劣環境下，也要確保電子設備的可靠性需求是足夠的。因此，了解電子產品所處現場/終端環境的空氣腐蝕程度就顯得非常重要。
如何掌控空氣腐蝕程度？有實驗室如宜特提供了解決方案，藉監控空氣品質(Air Quality Monitoring, AQM)量測現場/終端的空氣腐蝕程度(圖1)，並將其結果反饋至加速腐蝕試驗，如混合流動性氣體(Mixed Flowing-Gas, MFG)與硫磺蒸氣(Flower of Sulfur, FoS)試驗，藉此有效驗證產品保固期間是否將腐蝕失效。
本文將介紹何謂ANSI/ISA 71.04及其測試方法為何，以及產品驗證實驗室時常替客戶執行的兩項加速腐蝕試驗—混合流動性氣體與硫磺蒸氣試驗。
國際標準界訂空氣腐蝕程度
ANSI/ISA 71.04是空氣腐蝕等級的標準。由美國國家標準協會(American National Standards Institute, ANSI)認證的國際自動化協會(International Society of Automation, ISA)71.04-2013標準，將現場/終端環境的空氣腐蝕嚴重性分類為四個等級，其包含G1/G2/G3與GX。
測試方式為藉由使用一預處理的純銅和純銀的金屬試片，曝露在現場/終端的環境一個月的時間後，從其金屬試片所測得的空氣傳播污染物的腐蝕厚度/速率，來區分不同的嚴重性程度(表1)。
一般而言，當現場/終端環境的空氣腐蝕程度大於或等於G2等級時，其腐蝕影響的程度是可以被測量的，且腐蝕可能會是決定電子設備可靠度的一項關鍵因子。而腐蝕的失效模式可區分為兩類，包括銅與銀的腐蝕(圖2)。
高階旗艦型加速腐蝕試驗：混合流動性氣體
MFG測試是一種實驗室的環境應力測試，其目的是在於模擬受污染的工業環境。一般來說．有許多可控制的參數，包括溫度、相對濕度、腐蝕性氣體種類(如硫化氫、氯氣、二氧化氮、二氧化硫、氨氣與臭氧等)、氣體濃度和氣體流速等。
此外，試驗箱體內的腐蝕性氣體不斷被新鮮的腐蝕性氣體所替換。由於可控制的試驗參數眾多，複雜的試驗設備架設和持續不斷的腐蝕性氣體流動。因此，MFG具備有很高的可用性來模擬現場/終端環境的腐蝕。然而，MFG試驗的缺點是測試成本高，並且不能被業內的所有供應商廣泛採用。
由於氣體反應性限制(硫化氫)，且必須存在氯氣或臭氧來驅動爬行機理，MFG測試適合複製銅的腐蝕和爬行/蠕變腐蝕(Creep Corrosion)失效發生。
各個組織相應的測試標準是從1980年代開始制訂的，包括巴特爾實驗室(Battelle Labs)、美國材料和試驗協會(American Society for Testing and Material, ASTM)、電子工業聯盟(Electronic Industries Association, EIA)、國際電工委員會(International Electrotechnical Commission, IEC)、日本產業規格/日本工業標準(Japanese Industrial Standards, JIS)、中國國家標準/國標(GuoBiao, GB)、Telcordia(以前為Bell Communications Research, Bellcore)、阿爾卡特朗訊(Alcatel Lucent)、IBM、國際電子生產商聯盟(International Electronics Manufacturing Initiative, iNEMI)、西門子(Siemens)、諾基亞(Nokia)、百度(Baidu)、華為(Huawei)、汽車電子協會(Automotive Electronics Council, AEC)等。
初階入門型加速腐蝕試驗：硫磺蒸氣
FoS是濕硫磺蒸氣測試。在ASTM B809-95標準中公開將樣品曝露在硫磺蒸氣中的典型測試方法。該方法旨在檢測金屬塗層中的孔隙率。由於其可控制的參數(只有溫度和相對濕度)較少，因此試驗設備架設簡單，且僅使用一種腐蝕性氣體(硫蒸氣，S8)。
與MFG測試相比，FoS測試成本相對便宜，且測試持續時間短。然而，FoS測試就無法像MFG一樣，完整模擬現場/終端環境的腐蝕。此外，只有單一腐蝕性氣體並不能觸發金屬腐蝕的爬行/蠕變機理。即使在較高的相對濕度下作為測試條件，也只能觀察到腐蝕產物有輕微遷移並局限在金屬區域。因此，沒有爬行/蠕變腐蝕發生的特徵。
此外，在ASTMB809標準的傳統FoS測試中採用50℃作為測試溫度，由於腐蝕反應性低，這不是一個有效地加速測試，通常建議採用更高的測試溫度。然而，高溫會引起測試樣品中揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)的作用，這會造成低腐蝕性反應，並失去對試驗條件的控制。因此，FoS測試流程的相關細節與標準化就顯得特別的重要。
各個組織相應的測試標準是從1995年開始制訂的，包括美國材料和試驗協會、電子工業聯盟、IBM、德爾福科技(Delphi Technologies PLC)、豐田汽車，以及國際電子生產商聯盟等。
截長補短 兩種試驗方式必當共存
而電子產品最常見的腐蝕失效模式為銅的腐蝕與銀的腐蝕，原因在於銅和銀的金屬材料被廣泛應用於電子產品中。不過由於銅與銀的腐蝕失效機理與對腐蝕性氣體的反應性皆不同，一般而言，MFG試驗適用於銅的腐蝕與爬行/蠕變腐蝕，而FoS試驗適用於銀的腐蝕。因此，若要針對電子產品進行完整的腐蝕驗證，MFG與FoS兩種腐蝕的試驗方法是彼此互補的必要存在(表2)。
(本文作者為宜特科技國際工程發展處技術副理)
