时间-温度标贴用于锡膏控制
By Brian Coll and Frederick Grabiner
本文介绍：一种容易鉴别锡膏新鲜度的常识性方法。
锡膏的储存和处理在表面贴装制造中对于减少缺陷和过程变量已经越来越重要。虽然在丝印技术和新的锡膏配方方面已经取得进步，但是锡膏随后的储存与处理可能对其性能具有最大的影响。锡膏是一种容易变质的产品，监测和控制其货架寿命(shelf
life)是非常重要的。锡膏分配链由许多元素组成，从锡膏制造商到丝印操作员这个过程中，这些元素对控制锡膏所暴露的时间与温度都起作用。控制这个链是一个艰巨的任务。把对锡膏分配链每个元素的控制转换成对每个锡膏存储容器的实际控制，这样的模式可能是一个解决方案。在锡膏容器上使用时间/温度标贴(time/temperature
label)也许可以改善锡膏的储存与处理。
丝印过程控制
随着越来越多的原设备制作商(OEM, original equipment manufacturer)将其制造过程外发给电子制造服务(EMS,
electronic manufacturing service)提供商，合约制造继续保持超过20%的复合年增长率1。作为选择过程的一部分，OEM的工作小组通常参观EMS提供商的制造设施，并进行对工艺过程的广泛调查。有经验的OEM调查小组通常不仅仅满足于审查制造过程的输出结果。正如研究所表明的超过50%的缺陷出自于丝印过程2，一个OEM就这个方面在审查文件中提出超过20个问题是不足为奇的。有些OEM有几个问题专门针对锡膏的控制、储存和处理(表一)。所有这些方面对锡膏的质量都是关键的，必须严格控制。
| 表一、OEM对锡膏储存和处理的抽样调查 |
| 1、锡膏在储存冰箱中是先进先出控制的吗？怎样控制？ |
| 2、在工作指示中有没有规定使用的锡膏？什么规定？ |
| 3、在锡膏容器上有规定的锡膏冷藏失效日期吗？ |
| 4、锡膏从冷藏中取出的日期与时间在容器上有规定吗？ |
| 5、锡膏可使用的日期与时间在容器上有规定吗？ |
| 6、锡膏在室温下的失效日期与时间在容器上有规定吗？ |
|
失效日期问题
锡膏通常从制造商发货出来是有货架寿命来标明失效日期的。通常是从制造之日起的六个月，在某些情况随着最近锡膏的进步失效日期延长到超过一年。可是，和任何其它容易变质产品一样，实际的货架寿命取决于锡膏储存的时间与温度，实际上，可能或长或短于标贴上所标明的失效日期。
例如，牛奶失效日期可能表示三天之内使用是安全的。可是，如果大热天牛奶放在汽车里，可能几个小时就不能吃了。牛奶上标记的日期是假设它保存在一个冷冻的环境，只允许从仓储到家庭的一些运输过程。其它易变质物品诸如肉类和冷冻类食品也是一样。大量的时间与资源用来保证食物分配链为这些易变质物品提供足够的保护。由于对这些食品的保鲜的重视和顾客的偏爱，食品工业的特点是冷藏大卡车、温度控制的仓库和超级市场。作为进一步的改善，食品工业最近越来越多地采用时间/温度标贴。这些标贴让顾客容易地确认是否产品在通过分配链的每个元素时得到适当地控制。
拿电子工业与食品工业比较，一般的制造厂也许除了锡膏和胶之外主要是干货。你见过有几次冷藏大卡车从电子制造工厂拉出货物？锡膏的温度经历是从其制造时开始到应用于PCB装配，应该得到监测与控制。分配链的每个元素通常是控制的
- 装运到室内锡膏存储 - 监测其在用于PCB之前的使用时间。按照一个制造商的数据表，“推荐冷藏作为锡膏最佳的存储条件，以保持持续的粘性、回流特性和整体性能。”有些锡膏制造商已经在其技术数据表中规定了推荐的锡膏储存温度，和每个温度下的最长时间(表二)。
| 表二、锡膏储存和处理推荐方法的常见数据表 |
| 条件 |
时间 |
环境 |
| 装运 |
4 天 |
< 10°C |
| 货架寿命(冷藏) |
3 ~ 6 个月(标贴上标明) |
0 ~ 5°C 冰箱 |
| 货架寿命(室温) |
5 天 |
湿度：30~60%RH
温度：15~25°C |
锡膏稳定时间
(从冰箱取出后) |
8 小时 |
室温
湿度：30~60%RH
温度：15~25°C |
| 锡膏模板寿命 |
4 小时 |
机器环境
湿度：30~60%RH
温度：15~25°C |
|
有时，来自同一制造批号的不同容器中的锡膏使用时的表现会不同；记住运输期间锡膏可能已超过温度。甚至当锡膏已经达到制造工厂，冰箱的电力可能在周末没有，或者锡膏在使用前在生产线上花太多时间。锡膏控制的现在方法集中在控制分配链的每个阶段，而不是锡膏本身：
- 隔热运输容器
- 24小时温度监测/断电的电池备用
- 工厂温度控制
- 标记锡膏罐打开的日期与时间
- 丝印温度控制
在一个冷藏为例外而不是正常设备的工业中，可以肯定在分配链中锡膏的储存与处理会存在问题。
时间-温度指示标贴
 该问题的最新解决方法是在锡膏离开制造商之前在其容器罐上应用时间-温度指示(TTI,
time-temperature indicator)标贴3。这个标贴反映容器罐在整个运输、储存和处理过程中的温度历程。尽管一个标准的温度指示剂将表明标贴暴露的最高温度，但TTI标贴的颜色是作为时间与温度暴露累积的函数而改变的(图一)。温度越高，变化发生越快。温度越低，变化发生越慢
- 类似于多数易变质产品的退化。
TTI必须符合其所贴附产品的货架寿命特性。基于锡膏货架寿命的技术数据表和室内分析，开发出锡膏的TTI标贴的技术规格(图二)。该图标不是用来反映今天工业中使用的所有锡膏。可是，它最适合于那些在美国、欧洲和亚洲的一些制造基地使用的锡膏4。
图二显示，如果锡膏储存在5°C(41°F)200天或者25°C(77°F)9天时，标贴的中心将较外圈更黑。它为锡膏使用者提供在任何一个特定的时间点锡膏剩余货架寿命的准确记录。TTI标贴的颜色将反映冰箱的电力是否运行或者锡膏是否在冰箱外面放着。这个新鲜度的指示与今天电子工业锡膏储存与处理的手工记录大为不同。
TTI标贴怎样工作
 TTI标贴已经在食品和药业中使用多年。一个时间-温度指示剂是一个可以附着在易变质产品的包装上、显示时间与温度复合函数可测量特性的变化。TTI的常见形式是一个小的印刷标贴，有一部分随着累积温度暴露的结果改变颜色。温度越高，颜色变化越快，因此储存温度越高，到达终点越快。
因为活性材料是作为墨水印刷的，所以可有各种图案形式。最常见的格式是牛眼，中心颜色逐渐变深到周围。当中心的颜色比圆圈的颜色深时被认为是货架寿命的末期。顾客可决定当指示剂颜色符合印刷的参考颜色时不应该使用产品，而品质控制人员可再通过便携式颜色反射型显象密度计更精确地监测产品状态。对指示剂的测试已经表明高度的精确性和可靠性。调查也已经显示良好的顾客可接受性5。
图一中显示的TTI改变颜色是由于无色的diacetylenic monomer聚合成一种有色的聚合体。在标贴右边印刷的小颜色标记显示标贴中心的TTI将随着锡膏接近货架寿命末期而怎样变得更黑。这类指示剂在生产时是活性的，使用前要冷冻。这类指示剂的动力学可有一次阿仑尼乌斯方程式(arrhenius
equation)表示6，它描述颜色在固定温度下怎样随着时间而改变，和这个速率怎样随温度而改变。图二显示固定储存温度的货架寿命。如果温度变化，颜色改变的速度将随着温度的增加而增加、随着温度的减少而减少。
TTI标贴的优点
由于TTI标贴是最近引入到电子工业，其使用的全部优点还没有被认识。在食品与药业，温度控制对产品安全是特别重要的，指示剂的使用延伸到对温度的监测与控制，直到产品被消费。对食品和电子工业两者都相同的其它优点包括：
- 标贴可用作取代产品失效日期。开启日期和失效日期是基于可能存在于处理、分配和储存条件的判断。标贴将指示基于累积温度暴露的货架寿命，因此锡膏制造商再也不必补偿产品没达到必要货架寿命的投诉。TTI指示标贴用现场证明代替了非现场的判断！
- TTI标贴视觉上展示制造商的品质承诺，这样有别于其竞争的对手。
- 顾客宁可购买有TTI标贴的产品，而不是没有TTI的其它产品。
- 对制造商来说，TTI增加对整个分配周期的适当产品处理的责任。在食品工业，标贴的存在提示分配与存储人员要对易变质产品保持适当的温度。
- TTI增加价值意识，提高产品区别。
- 在电子工业，TTI标贴对锡膏的应用提供制造商一个对锡膏过程控制改进的简易、低廉方法。它消除了手工记录的必要，提高生产人员一个决定锡膏是否适合于使用的简单方法。
- 对其锡膏存储和处理控制严密的电子制造商将得到更长的锡膏货架寿命。
顾客反映
在由英国消费者协会进行的一个调查中，95%回答的人认为使用TTI是一个好主意，59%表示愿意为TTI保护的冷冻产品多出一点钱5。由Minnesota大学完成的一项消费者调查发现，94%回答人认为开启日期是重要的，但只有14%认为它可信。95%说对有TTI的产品的新鲜度更有信心7。在一项由法国消费者杂志的最近调查中，57%的回答人声称在八种应该用于改善食品供应安全性的可能行动中最重要的是在所有的新鲜、易变质的产品上使用TTI8。
对于表面贴装制造，TTI的使用结果形成一种容易确认和有成本效益的、保证使用中的锡膏不超过其使用货架寿命的方法。TTI使用导致控制变量又少一个，甚至在标贴的初次使用，它可提供在锡膏分配链中任何问题的即时显示。
References
- Hilvers, T. (1998, December) Market growth and challenges
for EMS companies. Circuits Assembly.
- Lathrop, R.R. Jr. (1999, May) No-clean solder paste benchmarking.
Circuits Assembly.
- The development of such a label is the result of a joint project
between Manufacturers' Services and Lifeliness Technology.
- Manufacturers' Services sites reviewed for solder paste storage
and handling conditions were in Athlone, Ireland; Valencia;
Spain; Singapore; Malaysia and Arden Hills, MN.
- National Consumer Council U.K. (1991). Time-temperature indicators:
Research into consumer attitudes and behavior.
- Grabiner, F.R., Prusik, T. (1993). The Application of time-temperature
indicators for monitering temperature abuse and/or shelf life
of foods. Proceedings of the 1993 Food Preservation 2000 conference,
Natick, USA. Volume II.
- Sherlock, M., and Labuza, T.P. (1992). Consumer perceptions
of consumer type time-temperature indicators for use on refrigerated
dairy foods. J Dairy Sci., 75,3167.
- 60 Millions de Consommateurs. (1999, February). Resultats
de notre enquete lecteurs.
Brian Coll, is director of business development at Manufacturers'
Services, Athlone, Ireland; +353 902 20800; e-mail: brian.coll@manserve.com.
Frederick Grabiner, is vice president - technology at
LifeLines Technology, Inc. Morris Plains, NJ; (973) 984 6004;
e-mail: fred@lifelinestechnology.com.
(A 02/02/2001)
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