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細小離地間隙部件的清洗
2010-08-26
沈健

 

 

序言

 


  由於電子工業中元器件的複雜程度不斷增加,導致了元器件與基板之間的空隙越來越狹窄。與此同時,對元器件的穩定性以及壽命的要求也越來越高,特別是在射頻領域中。因此,清洗細小離地間隙部件的殘留物變得尤為重要。為了更清楚地認識它的重要性,ZESTRON技術中心進行了一項研究,即通過調整清洗工藝中的參數(例如:清洗劑、清洗溫度、清洗設備等)來確認不同參數對細小離地間隙部件清洗效果的影響。

 


背景

 


  小型元器件(例如:0201和01005)對清洗有相當高的要求。由於元件持續的小型化(間距小於1mil)、離地間隙的變小(低於35μm)以及倒裝芯片得到越來越廣泛的應用,清除元件底部的助焊劑殘留物變得更為困難。

 


  元件底部的助焊劑殘留物(圖1)會對後續工藝造成諸多影響,例如敷形塗覆或底部填充材料的使用以及對元件的長期可靠性造成的影響,例如:信號變形或漏電。

 

 

圖1.片式電容周圍以及底部的助焊劑殘留物

 

 


清洗工藝

 


  由上文可見,問題在於何種清洗工藝能夠符合細小間隙對潔淨度的要求。

 


  一項合適的清洗工藝不應只是使清洗劑流過間隙處,而應該影響並清除每個部件底部的殘留物,最為重要的是能夠避免如圖2所示的二次污染。

 

 

 

 

圖2.清洗、漂洗、乾燥的原理

 


  自從實施了自動化去除電子組裝件的助焊劑殘留物後,許多清洗工藝,例如超聲、噴流、噴淋、批量清洗和在線清洗等工藝便應運而生。

 


  與此同時,實現更高的性價比以及更環保,水基噴淋工藝已成為目前全球各生產企業最領先的工藝。
ZESTRON新近進行了大量的研究,確定了水基噴淋工藝的不同參數對潔淨度的影響,進而提高細小底部間隙的清洗效果。
 

 

清洗實驗設置


  總的來說,清洗設備的設置以及清洗劑都會影響清洗結果。因此,ZESTRON詳細編制了會影響清洗結果的參數列表(表1):

 

 

表1.清洗結果的參數

 


  為了更好地證明實驗結果,作者使用一台在線噴淋清洗設備,系統地進行了詳盡的實驗設計研究。重點放在一台使用噴洗技術的在線清洗設備上(見圖3)。

 

 

 

圖3.在線噴淋清洗設備結構圖

 


  特別制定的標準測試流程為取得具可比性且客觀的綜合評價提供了基礎(見表2)。

 

 

 

表2.研究出清洗參數

 


  本次實驗選用了市場上各種不同的錫膏(共晶的和無鉛的)焊接離地間隙<35μm的專用基板來模擬最苛刻的環境。

 


清洗劑參數


  本次研究使用了兩款最新的水基清洗劑,以比較不同的清洗劑對清洗效果的影響。其中一款清洗劑FAST1(快效表面活性劑)技術的清洗劑,另一款是基於MPC2 (微相清洗劑) 技術。

 


  FAST技術基於新一代表面活性劑技術,其分子結構更小且更活潑,使清洗分子與污染物的反應加快。這使得清洗劑具有相當高的浸潤能力以及更強的滲透於細小離地間隙部件的能力。

 


  此外,與傳統表面活性分子相比,FAST清洗劑的表面活性分子的特殊結構使其能夠綁定更多的殘留物分子,以獲得更高的清洗效率(見圖4)。

 

圖4.FAST技術分子結構與傳統表面活性劑

 


  而MPC技術結合了溶劑和傳統表面活性劑的優點,舍去了其兩者的缺點。MPC技術具有寬大的工藝窗口。陰離子和陽離子的有效結合,使該清洗劑能夠有效地清除各種有機和無機殘留物。微相將污染物從基板表面剝離並轉移到周圍的水相中,這樣,污染物可以很容易地從清洗溶液中過濾出,從而使清洗劑再生(見圖5)。

 

 

圖5.不同技術的清洗劑壽命


  此外,本次實驗是在以上兩種清洗劑均在兩種濃度下進行的,以確定不同濃度對清洗效果的影響。

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