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小 发表于 2007-7-18 14:36 只看该作者
4Mil间隔下的清洗
在电子业中，小型化工艺尚未达到其物理极限。元器件复杂性的增加，导致元器件和基板表面之间的间隔持续减小(现在达到0.002～0.004″，或2～4Mil)。本文关注能获得最佳清洗结果的机械搅拌清洗系统。
在需要解决的问题是，哪一种清洗工艺能在低间隔元器件下提供所要求的清洁度等级。事实上，在诸如BGA、μBGA或CSP这类元器件下的接触引发了机械障碍，会阻止清洗和漂洗剂的毛细渗透。结果，使得对其清洗的附加要求几乎成指数倍地增加。清洗工艺不仅要使清洗介质充分地进出毛细空间，而且还必须去除元器件下面的相应污染残留物。
一般概念下的清洗，都是采用传统喷射和浸渍为基础的工艺，采用水基或溶剂基的清洗溶剂，清洗效果受到一定条件的限制。为此，除了通过超声、浸渍下喷射等传统机械辅助外，还有依赖于离心、高压、真空和汽相支持的工艺设备。
为了有效模拟在BGA类型连接件上的机械障碍影响，特将玻璃样品胶接并焊接到有凸起的CSP触点图形的顶端，之前焊剂已经涂覆在上面(图1a)。
另外准备几块附加测试基板，以便研究电学清洁度等级。在把玻璃样品放在图形上并焊接之前，将焊膏和焊剂涂在标准测试组合结构上。
根据工艺可行性(见表)选用清洗剂和适用的工艺。这就确保了所要求的产品特性和专用的工艺参数进入测试范围。
用于评价所获得结果的标准是基于光学的、离子的和电学的(SIR)清洁度。
根据IPC标准610A，用40倍放大倍数的检测设备进行光学检测。
根据IPC测试方法650，采用75％IPA25％水的混合溶液进行离子污染物的测量。离子污染物的测量值可以看成基准值。对同一元器件必须进行3至5次测量，以便确定出统计上有意义的值。对于12×10″的测量表面积，精确度和再现率都必须小于±2％标准误差率。
根据J-STD001，基于SIR测试，评价电学清洁度。在气候条件曝露测试室进行特定气候条件下的储放测试。温度为104°F／40℃；湿度为92％相对湿度；储放时间为4天。
采用应变电压10v和测量电压100v的测量仪连续测量表面绝缘电阻。
选用含RMA焊剂的焊膏，采用在该研究中所用的各种清洗剂，在相同的机械辅助下，污染物都能被去除。该研究中选用的工艺的参考间隔高度为0．004″(4Mil)。
我们可以根据以下问题来评估研究结果：
在元器件间隔一致(0．004″，4Mil)、清洗周期时间不变且清洗槽温度恒定的情况下，工艺类型对元器件下面的清洗结果有何影响?各个工艺过程都显示出在玻璃样品下的优良的清洗结果，并表明清洗剂能溶解焊剂剩余物。据观察，超声HFE复合溶剂和空气中喷射的在线工艺，显示了最佳的清洗结果的趋势。但是，进行浸渍下加压喷射清洗，试样边缘区域留下了焊剂残余物。在喷射辅助的模板清洗设备中，清洗剂的效果方面，其毛细作用和蠕流能力减弱。因此，在玻璃样品的边边角角，粘接剂周围留下了明显可见的焊剂剩余物。
不同的工艺表明，除了反复循环和喷射辅助的模板清洗设备外，在毛细管和元器件下面的清洗能力并无显著差别。为使后二者的清洗结果最佳，人们可以改变工艺参数。
间隔对元器件下面清洗结果的影响足什么?在更小(0．002″，2Mil)或更大间隔下的清洗结果，与上述0．004″(4Mil)间隔的清洗结果只不过略有不同。因此，间隔较大的清洗结果并未改善，而间隔小的清洗结果也没有更差(图2)。
对同等污染和间隔的元器件下面的清洗结果，时间和温度有什么影响呢?温度提高导致清洗工艺急剧加速，而清洗周期时间的增加仅在一定程度上影响清洗结果。因此，结论是通过提高温度比改变周期时间更容易使工艺最佳化。但是，并不是温度和清洗周期时间的变化，而是清洗速率影响了整个结果。
元器件几何形状对元器件下面的清洗结果有什么影响呢?采用胶粘性焊剂，把玻璃样品粘到并焊到预置凸起的CSP面的顶部(分别为30和20Mil)，以便模拟BGA类器件连接的机械障碍的影响。通过焊料球的高度预先确定间隔大小，分别为0．006″(6Mil，相对0．03″间距)和0．002”(2Mil，相对0．02”间距)。与前面所有试验的清洗结果进行比较，不存在明显的差别。结论足给定栅图形的机械障碍对清洗结果的影响是可以忽略不计的，相关的只是毛细空间的整体几何形状。
为评估清洗结果而进行的光学检测简单而令人信服。为进行各种离子污染物的测量，发现了低于0．3μgNaCL Eq．/cm2的值。这确认了光学检测时获得的结果。SIR测试进而确认玻璃样品下面的电学清洁度等级(图3)。
实验也对元器件大小与清洗结果之间的关系进行了研究。采用SOIC以及1206、0805、0603和0402陶瓷电容器等进行分析研究。在SOIC以及0603和0402电容器下面的剩余物，并不能说明其间隔距离产生了任何溶剂或工艺上面的问题。但是，1206和0805陶瓷电容器却发现有明显的焊剂和焊膏残余物。部分原因可能是由于与倒装片和μBGA相比时更小的间隔(＜0．001″，1Mil)造成的。清洗剂的毛细渗透力不再足以确保元器件下面适宜的清洗。因此，标准条件下的清洗工艺对1206和0805片式电容器存在一定的应用局限。
结论
研究表明，对于机械支持式清洗方法，由于大多数技术仅存在细微差别，基本不存在什么传统意义上的“赢家”。非污染清洗剂在基板和元器件之间的毛细空间的渗透问题更少。该研究也表明，在元器件下面的清洗介质的实际漂洗能力是变化的，主要是由于新介质能改善表面渗透性能。于是可以得出以下结论，清洗后的有效漂洗是重要的，甚至对整个工艺性能至为关键。
除特殊间隔外，元器件的几何形状及其结构材料大大影响元器件下清洗的限制条件。正因如此，常常被认为清洗困难的BGA、漫BGA和CSP，相对来说清洗的问题不大。而1206、0805陶瓷电容器则由于其特定的毛细特性，其大小对清洗会产生重要影响。
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索
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