發佈日期：2020/7/16空氣腐蝕
發佈單位：iST宜特
客戶要求您的電子產品在現場/終端環境必須存活3或5年
且同時須符合ANSI/ISA 71.04空氣腐蝕規範G2或G3等級
何謂G2、G3等級? ANSI/ISA 71.04規範又是什麼?
身為供應商的您該如何面對?
空氣腐蝕
近年來由於人工智慧 (AI)、大數據、5G、物聯網 (IOT) 與邊緣運算的廣泛應用，隨著這些題材的發酵，讓資訊硬體設備的可靠度能力越受重視。然而在全球日趨嚴重的空氣污染威脅下，若室內或室外的空氣品質含有較高的硫氣體，如硫化氫 (H2S) 與二氧化硫 (SO2)，將容易造成電子設備腐蝕，進而影響使用壽命。因此，了解您產品所處在的環境之空氣腐蝕程度，就相當重要。
如何掌控空氣腐蝕程度並有效地進行腐蝕的加速試驗? 宜特實驗室所提供的解決方案是藉由監控空氣品質(Air Quality Monitoring, AQM)，量測現場/終端的空氣腐蝕程度(參見圖一)，將其結果反饋至加速腐蝕試驗，例如混合流動性氣體 (Mixed Flowing-Gas; MFG) 與硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS) 試驗，藉此有效地驗證產品保固期間是否會有腐蝕失效的發生。
圖一: 現場/終端環境空氣腐蝕程度監控 (Air Quality Monitoring, AQM)
本期宜特小學堂，將介紹何謂ANSI/ISA 71.04 ? 其測試方法為何? 以及在宜特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 (Mixed Flowing-Gas; MFG) 與硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS) 試驗。
一、ANSI/ISA 71.04是什麼?
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(表一)。
嚴重性等級 反應性程度 銅腐蝕 銀腐蝕 G1 輕度的 < 300 埃 / 30 天 < 200 埃 / 30 天 G2 中度的 < 1,000 埃 / 30 天 < 1,000 埃 / 30 天 G3 惡劣的 < 2,000 埃 / 30 天 < 2,000 埃 / 30 天 GX 嚴峻的 > 2,000 埃 / 30 天 > 2,000 埃 / 30 天 表一: ANSI/ISA 71.04-2013標準中，四種不同空氣腐蝕程度的現場/終端環境。
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，包括銅的腐蝕與銀的腐蝕(參見圖二)。
圖二:在資料中心的信息設備故障中，兩種常見的腐蝕失效模式。
(Source: 2011 Gaseous and Particulate Contamination Guidelines For Data Center)二、高階旗艦型的加速腐蝕試驗：混合流動性氣體 (Mixed Flowing-Gas; MFG)
MFG測試旨在模擬受污染的工業環境。其有許多可控制的試驗參數，包括模擬溫度、相對溼度、腐蝕性氣體種類，氣體濃度和氣體流速等。因此，MFG可以較為精準模擬現場/終端環境的腐蝕。然而由於可控制的試驗參數眾多，需要架設複雜的試驗設備與準備多種腐蝕性氣體，MFG試驗的測試成本就比較高。
三、初階入門型的加速腐蝕試驗：硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS)
FoS是濕硫磺蒸氣測試。在ASTM B809-95標準中公開了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侷限在金屬區域。
此外，因FoS試驗在一密閉容器，較高的試驗溫度會引起測試樣品中揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）的作用，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。
四、截長補短，兩種試驗方式共存之必要
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。
腐蝕試驗方法 混合流動氣體試驗 硫磺蒸氣試驗 腐蝕性氣體種類 硫化氫, 二氧化硫, 二氧化氮, 氯氣, 氨氣, 臭氧 硫 S8 試驗中參數的監控 腐蝕性氣體, 相對溼度, 溫度, 腐蝕性氣體置換率 溫度, 相對溼度 可控制的試驗參數 所有的試驗參數
皆能被獨立地控制與調整溫度, 相對溼度與硫蒸氣的濃度能被控制 腐蝕產物的類別 硫化物, 硫酸鹽, 氧化物, 氯化物, 氮化物, 氨化物, 硝酸鹽, 氨鹽 硫化物, 氧化物 設備與維護的成本 高 低 試驗設備的架設 複雜 簡單 腐蝕性氣體的流動 層流且均勻 非層流 試驗箱體的尺寸 大 適中 腐蝕反應性程度 銀腐蝕較低; 銅腐蝕較高 銀與銅腐蝕皆高 表二: 混合流動氣體 (Mixed Flowing Gas; MFG) 與硫磺蒸氣 (Flower of Sulfur; FoS) 腐蝕試驗方法之比較。
若您對各種氣態的腐蝕試驗有需求，或是想了解實際現場/終端環境的空氣腐蝕程度，確認電子產品在保固期間是否會有腐蝕失效的發生，歡迎洽詢 +886-3-579-9909分機3003李先生 (Dem Lee) │ Email: WEB_GE@istgroup.com