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集成电路组件制程清洗技术的演变及其发展趋势分析-kyzen清洗剂

前面的文章我们对电子制程中产生污染物的来源、分类以及危害作了全面的分析,本文将介绍电子制程涉及的清洗技术的演变及其发展趋势,并将当前采用的清洗技术进行了分类概括,通过对比不同类型的电子清洗技术的优缺点,使得电子清洗技术的发展趋势明了,得出安全环保的水基清洗剂是电子清洗的发展趋势。

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随着电子行业的迅速发展,电子产品不断地向小型化、高密度、集成化、高可靠性的方向发展。在电子制造的过程中,不可避免的引入了越来越多的污染物。而污染物残留的存在导致的电子失效问题也变得越来越多。为了确保电子制造工艺的顺利进行,保证产品的品质和可靠性,必须在工艺实施的进程中导入清洗制程,其清洗工艺及技术大概经过以下几个阶段的发展。

1. 溶剂清洗技术

早期应用于电子清洗制程的清洗剂,主要为含氟里昂(CFC-1 13)、1,1,1—三氯乙烷、四氯化碳等物质的溶剂型清洗剂。该类清洗剂具有化学稳定性好、无闪点、不燃不爆、干燥快、溶解力强等优点而具有广泛的适用性。但是ODS类清洗剂对臭氧层具有极强的破坏力,且ODS具有很强的GWP(温室效应潜能值),严重危害人类的生态环境。因此,1987年制定的《蒙特利尔协议书》规定,发达国家从1996年起不再使用ODS类物质,而发展中国家则允许推迟10年执行此规定。中国也已从2010年起,全部停止氯氟烃(即CFC)和哈龙两大类主要ODS(消耗臭氧层物质)的生产和使用。因此,开发氟氯烃类清洗的替代技术,是当前发展电子工业亟待解决的问题。

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传统电子制程的清洗,用的较多清洗剂仍是溶剂型清洗剂。该类清洗剂大多具有良好的清洗效果,但是存在毒性高、产生温室效应、破坏臭氧层、闪点低,易燃易爆等缺点。如HCFC类溶剂,溶解力强,清洗效果好,但属于ODS类的不环保物质,到2020年也要逐渐淘汰。卤代烃类溶剂,对人体毒性大,有致癌作用,很多企业已经禁止使用。而石油类、醇类、醚类和酯类等混合型溶剂清洗剂虽然相对较环保,在某些清洗领域可以作为ODS类溶剂的替代品。但是该类溶剂制作的清洗剂清洗力弱,不能达到类似HCFC的清洗效果,且该类清洗剂闪点低,易燃易爆,存在较大的安全隐患。

为了更好地保护员工的身体健康、环境保护地球的生态环境,电子清洗行业正逐渐放弃有毒有害及高VOC的溶剂,改用半水基、水基、无VOC或低VOC含量的清洗剂。

2. 半水基清洗技术

半水基清洗剂是人们在清洗工艺的实践中,为了保持溶剂清洗优点的同时,又能克服其缺点而研制出的新型清洗剂。通常它是向有机溶剂中加入少量水和表面活性剂形成的。在它的组成中,有机溶剂仍然是主体,所以它基本上保持了有机溶剂原有的性能。半水基清洗剂溶解力高,清洗洁净度高,含有的有机溶剂对有机物有较好的清洗能力,表面活性剂则提供润湿、乳化和冲洗功能。漂洗过程有除去离子成分和水溶性污染物的特长,并且降低了原来易燃溶剂的挥发性和可燃性,与大多数金属和塑料材料相容性好。

虽然半水基清洗剂有很多优点,但是使用时仍遇到了许多问题。半水基清洗剂的使用工艺较溶剂清洗剂复杂,需要增加漂洗和烘干工艺。清洗剂和漂洗液中所含的水分,也可能会引起金属材料的生锈腐蚀,且清洗后的废液不能回收利用,且处理困难、处理量大,使用成本高。同时清洗剂中仍含有大量的有机溶剂,仍需考虑有毒溶剂的防护及防燃防爆问题。这些不足,严重限制了半水基技术的应用,使半水基清洗剂未能得到广泛的推广应用。

3. 水基清洗技术

1987年制定的《蒙特利尔协议书》使得水基清洗剂得到了迅速的发展,甚至成为取代CFC材料的前沿选择。经过几十年的发展,水基清洗剂已是较为成熟的技术,是近年来应用较广泛的一种清洗剂。其主要成分有表面活性剂、乳化剂、渗透剂等,通过润湿、乳化、渗透、分散、增容等作用实现对污染物的清洗。此类清洗剂的相容性好,价格低,操作安全,不燃不爆,清洗及配方自由度大,可针对不同性质污染物调整配方,再配合加热、刷洗、喷淋、超声波清洗等物理清洗手段,对极性及非极性污染物都有较好的清洗效果。

水基清洗剂一般分为中性水基清洗剂和碱性水基清洗剂。由于中性水基清洗剂的清洗力仍有欠缺,目前市场上仍以碱性水基清洗剂为主。在使用碱性产品时,要考虑材料的兼容性。且清洗时一般都需要加热和超声、喷淋清洗,干燥时要使用烘干设备,电耗较大,其废水处理也需要统一考虑。水基清洗剂具有的安全环保、清洗范围广、与大多数被清洗物相容性好和综合成本低等优点,同时基于相关法律政策,许多企业更倾向于采用水基清洗剂。这就要求水基清洗剂向改善清洗效果、改善干燥性能、可循环利用和环境友好等方向发展,以满足电子行业日益增长的需要。

4. 免清洗技术

由于20世纪90年代早期的免洗焊剂\锡膏的出现,“免洗”一词成为当时最热门的话题。按照现行的标准,免清洗的意思是说电路板的残留物从化学的角度看是安全的,不会对电路板产生任何的影响。通过检测腐蚀、SIR、电迁移等测试手段,可确定免洗组件的安全可靠性。改用免清洗工艺节省了清洗设备、清洗剂等费用,但是使用固含量低的免清洗助焊剂或锡膏,仍会或多或少的留有残留物。“免洗”违背了电子产品向更细间距、更高可靠性、更高密度封装以及低成本的发展趋势。对于自动程度较高、生产规模较大、焊后产品可靠性能指标要求不太高的企业可采用免清洗工艺,而对于可靠性要求高的产品来说,任何污染物或残留物都会对电子产品的安全性可靠性产生影响,所以,免清洗并不意味着不需要清洗,清洗制程反而在电子工艺制程中起着越来越重要的作用。

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5. 结束语

随着电子行业对产品可靠性和安全性的要求越来越高,其对清洗工艺的要求也相应提高。清洗作为电子产品生产制造中的一个工序,显示出了越来越重要的作用。目前我国电子行业对作为最终产品的PCB线路板清洗尚未形成统一的质量清洗规范,由IPC开发、IPC TG Asia 5-31CN技术组翻译的IPC-CN-65B CN《印制板及组件清洗指南》为电子制程的清洗提供了权威的清洗评估依据。

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