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电子器件、组件的工艺制程中,水基清洗工艺要点有哪些?

在当今电子器件、组件的工艺制程中,为获得高品质高可靠性的产品,清洗,特别是水基清洗在制程中得到越来越广泛的应用。特别是在5G通讯,航天航空,汽车电子,军工军品,医疗设备,人工智能等等行业和产业产品中,高可靠性的要求是为了保证整个功能体系能安全可靠运行的基础。水基清洗在这类器件、组件的制程中具有突出的代表性,特别在大型规模化生产中,可有效保障更为可靠的工艺指标和稳定性。通常会采用在线通过式清洗工艺来实现器件和组件的批量生产制程,随着在线工艺的广泛应用,其中的工艺要点和掌握是能保证出产产品质量的重要因素。以下就这些要点作几点阐述:

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一、器件和组件

比如POP、SIP、IGBT、PCBA,清洗主要是为了去除在焊接中所产生的焊剂或焊膏的残余物、污垢。首先要针对焊接所用的焊膏和锡膏的可清洗性进行水基清洗剂的选型和匹配,在常规工艺条件或者特定工艺条件下面进行测试,水基清洗剂能够将焊剂和焊膏残余物能够彻底清除而达到干净度的要求。匹配性很重要,既要考虑残留物的可清洗性,同时也要考虑水基清洗剂的清洗能力和力度。在预设的工艺条件下面,污垢能彻底清除干净,才能达到首要的技术指标。

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二、被清洗物上往往有多种物质材料构成

被清洗物上往往有多种物质材料构成,包括金属材料、非金属材料、化学材料。比如SIP,通常上面包括了镀金面,银表面,芯片表面铝层,焊料合金表面,元件表面的化学涂覆层,粉沫冶金器件的非金属材料以及包括阻焊膜、字符等等化学材料,都需要在清洗制程中,不会受到影响或者影响在可允许范围之内。

材料兼容性是水基清洗中最繁琐同时也是重要的考虑因素,水基清洗剂选型在针对被清洗物上材料兼容性的考量所占的权重比大,涉及面广,测试验证手续复杂。需要有一系统规范的验证方式来针对材料兼容性进行系统的验证和评估。才可能保证被清洗物件等等材料在清除污垢后,能保证这些材料原有的功能特性。当然,同时也需考虑运行设备与清洗剂所接触的材料的兼容性,清洗机上的泵,阀,管件,喷头,输送及密封材料都需做水基清洗剂的材料兼容性测试。


三、清洗干净度的评价和评估

往往采取两个方式:

1.裸眼经40~100倍的显微放大观察清洗物表面残余物的状况,以见不到残余物为评判依据。

2.使用表面离子污染度检测方式对被清洗物表面进行检测,以检测的数据比照技术指标要求评价。

在实际生产应用中,特别关注低托高,micro gap。比如说在器件底部,包括Chip件、QFN底部,芯片或者是倒装芯片底部残留物的去除状况。往往当这些底部的残余物能够有效去除,那么其他部位的残余物也应可以评判为完全去除。QFM和芯片底部必须采用机械方式打开,观测底部残留物的状况来评判干净度,为了达到Micro gap的托高底部的残留物清除,清洗剂物理化学特性(比方说表面张力)和清洗设备喷淋的角度、压力、方向以及喷淋的时间温度都对底部清除污垢有很大的影响度。

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四、清洗剂在在线通过式清洗工艺中的性能稳定性

清洗剂在在线通过式清洗工艺中的性能稳定性,需要有相应的技术手段来进行监测和管控,以保证清洗性能的发挥或材料兼容性的稳定。在这些监测数据中,最重要的是清洗剂的使用浓度可控范围之内,建议使用在线喷淋通过机的用户装配在线清洗剂浓度监测装置,以监测清洗剂在使用中的浓度变化。因为在线喷淋机的设备特性,在使用运行中,清洗剂的浓度变化比较大,如不能有效的监控清洗剂的浓度,将会产生材料兼容性方面的风险。一般来说,清洗剂在机内运行,随着时间的关系,浓度会升高,常规需要通过添加DI水来保证清洗剂的浓度稳定。使用在线浓度检测仪,可使用人工添加水和自动添加水的方式进行浓度控制。

五、清洗剂的消耗和寿命

在线通过式喷淋机用水基清洗剂的消耗有三个组成部分: 气雾损耗、被清洗物和网带的带离损耗、清洗剂到达寿命终点的全液更换。在这三项消耗中,最大的组成往往是气雾损耗,气雾损耗很大程度是喷淋机固有的机械特性所决定。人为可改变调整的程度不高,用户需在设备选型的时候关注此项技术指标。

清洗剂的寿命,以目前的技术手段,无法监测清洗剂的寿命,通常在产线中,以产线的实际检测干净度的标准,观察检测清洗剂的寿命终点,而后,保留和预留一部分安全余量来进行清洗剂全量更换的依据。往往用户会把清洗剂的浓度和寿命混为一谈,这两项技术指标分属不同的技术内容。寿命影响因素有清洗剂的选型、污垢的成分和在被清洗物上污垢的含量、设置的清洗温度和设备的损耗状况等等因素有关,所以说无法用一个简单固定的方式来评判清洗剂的寿命,需要在生产实际中累计数据,从而界定清洗剂的寿命。

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六、清洗剂和漂洗水的泡沫

因为清洗剂和漂洗水在喷淋机中处在高温高压下运行,非常容易产生泡沫,泡沫过多影响机器的正常运行和状态观察。所以,清洗剂的泡沫允许在一定范围而保证清洗机喷淋压力稳定,如果泡沫过多或者难以消除,清洗剂中含着的气泡和空气,会降低清洗喷淋压力,影响清洗效果。漂洗水的泡沫也值得关注,同样的道理,只要泡沫能够有效的排除,不影响清洗剂的工作状态和设备运行的观测。

七、关于在线喷淋式清洗机运行中所产生的气味

喷淋清洗机在运行状态中,机内处于负压状态,空气应该从机外向机里流动,以此正常状态,清洗剂的味道不应在机外扩散和蔓延,影响作业环境和人员感受。如果发现清洗剂的气味逸出蔓延,应调整机内的负压状态来实现防止清洗剂外泄,保证作业环境的清洁和空气质量。

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