半导体专题丨ASTM E595材料热真空释气试验(Outgassing)解决方案

航空航天材料及高科技领域对材料性能的要求非常高。航空航天材料及高科技领域对电子元器件的释放特性提出了特别的要求，尤其是在真空环境下。在这种特殊环境中，材料释气(Outgassing)和结构释气是一种常见现象，对高科技设备和航空组件的正常稳定运行具有相当大的影响。   

Outgassing放气检测，又称：除气测试、渗气测试、释气测试、漏气测试。目前的Outgassing除气检测规范是ASTM E595美国标准，国内外多数项目都是采用该标准来筛选材料。目前版本是ASTM E595-15(2021)，在真空环境中除气作用引起的总质量损失和收集的可凝挥发物的标准试验方法。

▶测试目的

在一种真空环境下释气测试方法，通过该测试来评估材料在高真空、低压和高洁净度等环境下的释气情况，从而筛选材料与管控原物料/进料的品质。随着半导体、电子产业的蓬勃发展，这一测试逐渐广泛应用于科技行业，并从科技制程相关衍伸到厂房、建筑与消防等多个领域，兼顾高洁净度与防火安全等要求。

除气/释放/放气是固体释放气体的过程，特别是在封闭的环境中发生的放气。固体释放气体的原因有很多种。有些会发生相变，导致从固体到气体的转变，并释放出气体。如果材料有缺陷，也会使气体排出。在真空中工作的组织也需要担心出气。气体可能会凝结在设备部件上，妨碍功能。

因此，材料进行Outgassing释气测试(除气测试)，以便找出哪种组件在空间中的排气量最少，并采用严格的质量控制，以确保使用的组件按照严格的标准制造，从而减少误差。

▶释气危害

材料的出气污染影响设备正常稳定运行 

热控系统：影响其表面的发射率和吸收率，影响温控系统工作 

光学系统：透镜或反射镜等透过率降低，信号强度减少，信噪比下降出气效应通过分子流动和物质迁移而沉积在设备其他部位上造成污染严重污染会降低观察窗和光学系统的性能，增加电器元件的接触电阻等影响材料或系统部件的介电性能

▶适用范围

非金属材料，特别是塑料、纤维、橡胶等高分子材料在热真空环境中会释放气体杂质，释放的气体杂质可能污染临近区域的敏感元件或光学器件的表面，会导致严重的系统故障，同时，如果材料释气过多，会造成本身质量的损失，导致材料的机械性能下降，影响仪器设备的正常使用。可获得的有关释气污染或影响的飞行器正常功能的证据包括：

（1）材料释气的冷凝物，造成光学系统的灵敏度受损；

（2）污染导致的外部热控制表面的退化，使航天器温度升高 

（3）“Surveyor1”月球探测器上用来指示方位轴的势能计在月球表面工作100 h后出现故障, 原因是润滑剂释气造成润滑失效,使势能计的转动部分发生冷焊而滞塞。

▶Outgassing产生环境

■密闭、局限或狭小的空间内

■压力有可能改变的工艺流程或是环境

■在高温(或是产生热)的空间或工艺流程

■温度变化差异大的空间或工艺流程

▶测试项目

■总质量损失(Total Mass Loss): 

收缩、位移与龟裂现象

测试环境：125°C，5 x 10^{-5 torr的真空下24小时，实验前后的测试样品重量变化。}

■挥发物质冷凝量 

(Collected Volatile Condensable Materials)：

雾化、附着、腐蚀与损坏现象

测试环境：舱体中装设25°C的冷凝装置，收集在5 x 10^{-5 torr的压力下，挥发物被冷凝的量。}

■参数水汽量(Water Vapor Regained)：

原/材料或产品吸水能力

测试环境：在 25 ℃ 和 50% 相对湿度下，对样品进行24小时处理，待吸附水蒸汽后，进而测定WVR。

▶测试流程

01预处理

样品在23°C和50%相对湿度下预处理24小时；

02真空释气

称重后，放入释气系统带有铜加热棒的标本室，铜加热棒温度保持在125℃，镀铬集热板温度保持在25℃±0.5℃。放气过程中，真空压力保持在约10^-5torr，释气时间持续24小时。

03冷却

试验装置冷却至实验室温度，用干燥氮气对真空室加压后取下样品称重。通常，TML1.00% 和 CVCM 0.10%一直被用作航空材料的筛选标准。

▶判定依据

▶主要测试标准

▶测试设备

· 测试数据

▶送样测试要求

10g(固态)(保持样品的清洁干燥，避免水汽杂质的混入)。如需了解测试项目和设备信息请添加管理员。