细小细小离地间隙部件的清洗离地间隙部件的清洗 序言序言 由于电子工业中元器件的复杂程度不断增加，导致了元器件与基板之间的空隙越来越狭窄与此同时，对元器 件的稳定性以及寿命的要求在不断的增加，特别是在射频领域当中因此，清洗细小离地间隙部件的残留物变 得尤为的重要为了更清楚地认识它的重要性，我们进行了一项研究，即通过调整清洗工艺中的参数（例如： 清洗剂、清洗温度、清洗设备等）来确认不同参数对细小离地间隙部件清洗效果的影响 背景背景 小型元器件（例如：0201 和 01005）对清洗有相当高的要求由于元件持续的小型化（间距小于 1MIL）、离 地间隙的变小（低于 35µm）以及倒装晶片越来越广泛的应用，清除元件底部的助焊剂残留变得更为困难 元件底部的助焊剂残留物(图一)会对后续工艺造成诸多影响，例如敷型涂覆或底部填充材料的使用以及对元件的 长期可靠性造成影响，例如：信号变形或漏电 图图一一：片式电容周围以及底部的助焊剂残留物 清洗工艺清洗工艺 由上文可见问题在于何种清洗工艺能够符合细小间隙对洁净度的要求 一项合适的清洗工艺不应只是使清洗剂流过间隙处，，而应该影响并清除每个部件底部的残留物，最为重要的 是能够避免如图二所显示的二次污染。
图图二二：清洗/漂洗/干燥的原理 自从电子组装件去除助焊剂可自动化清洗后，许多清洗工艺例如超声、喷流、喷淋、批量清洗和清洗的工 艺便建立了 与此同时，为了能够获得更高的性价比以及更环保，水基型喷淋工艺成为目前全球各生产企业最领先的工艺 我们进行了大量的研究，确定了水基型喷淋工艺不同的参数对洁净度的影响，进而提高细小底部间隙的清洗表 现 清洗实验设置清洗实验设置 总的来说，清洗设备的设置以及清洗剂都会影响清洗结果因此，我们详细制定了会影响清洗结果的参数列 表： 清洗设备参数清洗设备参数 清洗剂参数清洗剂参数 喷嘴种类 清洗剂种类 喷淋压力 清洗剂浓度 喷淋角度 清洗剂温度 基板与喷嘴的间距 清洗时长 为了更好地证明实验结果，作者使用一台喷淋清洗设备，系统进行了详尽的实验设计研究重点放在一台 使用喷洗技术的清洗设备上见图三） 图图三三：喷淋清洗设备结构图 特别制定的标准测试流程为取得具可比性且客观的综合评价提供了基础图表 1） 实验参数实验参数 清洗剂清洗剂 FAST MPC 浓度浓度 15 10 温度温度 (度) 40 50 清洗时间清洗时间 (分钟) 2:20 3:00 5:00 喷洗压力喷洗压力（bar） 2,5 3,0 4,0 6,0 8,5 喷射角度喷射角度（度） 90 45 35 喷嘴类型喷嘴类型 扁平扇形喷嘴扁平扇形喷嘴 舌型舌型喷嘴喷嘴 全锥形喷嘴全锥形喷嘴 清洗清洗 水洗水洗 烘干烘干 隔离隔离 Buffer tank (optional)缓 冲槽（可选） 喷射距离喷射距离 (毫米) 80 100 120 图图表表一一：清洗研究的参数表 本次实验选用了市场上各种不同的锡膏（共晶的和无铅的）焊接离地间隙< 35µm 的专用基板，来模拟最苛刻的 环境。
清洗剂参数清洗剂参数 本次研究使用了两款最新的水基型清洗剂，以比较不同的清洗剂对清洗效果的影响其中一款清洗剂 FAST®（快效表面活性剂）技术的清洗剂，另一款是基于 MPC® (微相清洗剂) 技术的 FAST®技术基于新一代表面活性剂技术，其分子结构更小且更活泼，使清洗分子与污染物的反应加快这使得清洗剂具有相当高的浸润能力以及更强的渗透至细小离地间隙部件的能力 此外，与传统表面活性分子相比，FAST®清洗剂的表面活性分子的特殊结构使其能够绑定更多的残留物分子，以获得更高的清洗效率图四） 图四：FAST®技术分子结构与传统表面活性剂 而 MPC®技术结合了溶剂和传统表面活性剂的优点，舍去了其两者的缺点MPC®技术具有宽大的工艺窗口阴离子和阳离子的有效结合，使该清洗剂能够有效的清除各种有机和无机残留物微相将污染物从基板表面剥离并 转移到周围的水相中这样，污染物可以很容易的从清洗溶液中过滤出，从而使清洗剂再生图五） 图图五五：不同技术的清洗剂寿命 此外，本次实验对以上两种清洗剂均在两种浓度下进行了，以确定不同浓度对清洗结果的影响 MPC®技术 传统技术 FAST®技术 清洗设备参数清洗设备参数 测试清洗设备对清洗结果的影响，即机械力对清洗结果的影响，指不同的喷淋压力(2,5 – 8,5 bar)，不同的 喷淋角度(35-90度), 与基板的距离(80-120毫米) 以及不同的喷嘴设计。
因此，本次实验使用了三种不同的喷 嘴进行 扁平扇形喷嘴扁平扇形喷嘴 扁平扇形喷嘴由于其内部的液体流动以及喷嘴口的特点，其喷出液体为扇面锥形该喷嘴所覆盖的喷射面积可 以通过调整其喷嘴口的角度来改变其喷出的液体为平面扁平化的薄液流在和喷嘴口渐行渐远之后成为液滴 状态在充分考虑希望液流达到的功能和几何形状的情况下，液流和基板的接触面可呈抛物面状、梯形或矩形 （图六） 图图六六：：扁平扇形喷嘴的图形以及其喷洒样式 舌型喷嘴舌型喷嘴 舌型喷嘴是扁平扇形喷嘴的一种特殊衍生在扁平扇形喷嘴喷出液体之后，液体被外置的舌形板偏转反射出来， 形成致密的喷流舌形喷嘴是独特的防阻塞设计，并能形成轮廓清晰的强力扁平扇形喷流（图七） 图图七七：：舌形喷嘴的喷洒样式 全全锥锥形形喷喷嘴嘴 轴向全锥形喷嘴喷出的液体均匀分布在一个圆形区域，在喷嘴腔体内的涡状嵌体的作用下获得旋转的液流喷 射形状、液体分布和液滴形状受到旋转运动和涡腔的共同作用的影响喷射流结合不同的轴向和切线速度能产 生比类似的中空锥形喷嘴更为粗大的液滴（图八） 图图八八：全锥喷嘴的示意图和流体模型 除此以外，清洗温度(40以及50度)、清洗时间/ 传输速度(2:20至5:00 min)这些参数在这次实验中都进行了不 同的设置。
实验结果实验结果 根据对各种不同参数调整的测试结果得出了以下的结论一些结论 喷淋压力对清洗结果的影响喷淋压力对清洗结果的影响 研究发现过高的喷淋压力反而会对细小离地间隙的部件清洗产生反作用使用 2,5 bar 喷淋压力所清洗的效果 事实上明显高于使用 8 bar 和 5 bar 喷淋压力的清洗结果这种现象可以通过清洗剂在被清洁物表面的分布方 式来解释使用低压喷淋可以控制清洗剂在被清洗物表面的溅射强度, 形成均匀的薄层状分布高压喷淋则会 使清洗液在被清洗物表面产生涡漩, 反而阻碍了清洗剂进入母板和元器件之间的微小空间（见图九） 图图九九：2,5bar 和 8,5bar 喷淋压力下的元器件底部的液体分布及达到的清洗效果 因此, 通过喷淋压力调整在一个最佳范围内可以改善对低离地间隙器件的清洗效果见图十）图图十十：最佳喷淋压力范围 喷嘴以及喷射距离对清洗效果的影响喷嘴以及喷射距离对清洗效果的影响 喷嘴的设计也对清洗的效果起到了一些相对微小的影响扁平扇形喷嘴较锥体喷嘴在清洗效果上略强（图十 一） 喷嘴的喷射角度对清洗效果并不产生较大的影响 图十图十一一：使用扁平喷嘴（左）和全锥体喷嘴（右）时液体的分布以及元器件底部的清洗效果 通过在不同的实验中对喷嘴与被清洗物之间距离的调整，我们没有发现，喷射距离会对清洗效果产生影响。
不 过，喷淋液柱之间相互覆盖是非常重要的，它可以防止所喷射的清洗剂不能触及到被清洗物，而产生清洗中的 盲区基于以上原因，我们认为喷嘴与被清洗物之间的距离过小，可能会对清洗效果产生反作用见图十 二） 图十图十二二：喷嘴距线路板的距离与清洗剂的喷淋分布之间的关系 清洗剂的影响清洗剂的影响 研究显示，清洗剂的种类和其在使用时的温度以及清洗时间，对低离地间隙的部件的清洗效果产生很大的影 响 除了探索机械设置对清洗效果的影响，本次研究还对清洗温度和清洗时间对清洗效果所产生的影响做了深入研 究研究发现，清洗时间和清洗温度互相影响清洗温度越接近助焊剂残留物的熔点, 助焊剂残留物就会变的 越软，因此就更快更容易地被清除另一方面，清洗温度和清洗时间是影响清洗成本的重要因素，通过合理的 调整清洗温度和清洗时间，可降低能源和清洗剂消耗同时，清洗产量又可以得到提高 以上结论的前提条件是污染物(例如,助焊剂和锡膏)可通过合适的清洗化学品进行清洗如果这个条件都无法满 足, 那么想调整其他参数清洗元器件底部残留物的想法也变得不可能研究结果证明在其他参数固定不变的条 件下，同一种清洗剂对不同的焊膏/助焊剂可以有着完全不同的表现方式.研究中还发现基于 FAST®和 MPC®技术型清洗剂较之传统的清洗化学品所达到的清洗洁净度要高很多。
图十三) 最佳最佳 喷压喷压 区域区域 图图十十三三：在使用传统清洗剂清洗后的元器件焊剂残留物实验(左图)与使用 MPC®和 FAST®完全被清除掉焊剂的元器件实验(右图)的比较 总结总结 研究显示，在清洗设备上进行一些不同的机械设置的确能够对使用喷洗工艺的低离地间隙的部件清洗起到帮 助但是，选择一个适合的清洗剂才是帮助您找出最佳清洗工艺的一把钥匙 因此最重要的途径就是去寻找一个能够涵盖清洗您生产过程中所使用的各种助焊剂的清洗剂当您找到一个助 焊剂/清洗剂的最佳组合后，再配以对其他工艺参数的优化，例如设置合适的喷压和正确的清洗时间和温度等措 施，您将会得到最适合您自己的清洗工艺。