CN106701343A - 中性水基清洗剂及其制备方法和半导体封装清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中性水基清洗剂及其制备方法和半导体封装清洗方法。本发明中性水基清洗剂由以下质量百分含量的成分组成：非离子表面活性剂0.5‑2％、阴离子表面活性剂0.5‑2％、醇醚类溶剂15‑30％、水溶性有机弱酸0.05‑0.2％、去离子水余量。本发明中性水基清洗剂清洗能力特别是对半导体器件上焊接后残留有优异的清洗能力，对其他污染物有也良好的去污能力，在此基础上其对敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用，而且还具有环保，无闪点、安全等优点。其制备方法工艺条件易控，制备的中性水基清洗剂性能稳定。半导体封装清洗方法清洗效果好。
Description
技术领域
本发明涉及工业清洗剂技术领域，具体涉及一种中性水基清洗剂及其制备方法和半导体封装清洗方法。
背景技术
半导体作为现代电子工业发展的基础及支撑，在电子工业的应用和所选用的材料也越来越广泛。但随着半导体产品的集成化、高精密、高可靠性的要求不断提高，对半导体封装清洗业的关注度和清洗的可靠性也越来越高。半导体器件封装过程中通常会使用助焊剂和锡膏等作为焊接辅料，这些辅料在焊接过程或多或少都会有部分残留物，还包括制程中沾污的指印、汗液、角质和尘埃等污染物。残留物和污染物成分复杂且在空气氧化和湿气作用下特别在高温高湿的环境下对器件的损伤大、危害大且持续时长。为了确保半导体器件的品质和高可靠性，必须在封装工艺引入清洗工序和使用清洗剂。
目前半导体器件封装业的清洗剂主要是采用偏碱性水基清洗剂包括中强碱性水基清洗剂和弱碱性水基清洗剂。半导体封装焊接辅料残留物主要是松香和有机酸，松香和有机酸都含有羧基能在中强碱性条件下发生皂化反应生成易溶于水的有机盐，因此中强碱性清洗剂对半导体器件的残留物有良好的清洗效果。但随着半导体的发展和特殊功能的需求，一些器件上组装了铝、铜、铂、镍等敏感金属和油墨字符、电磁碳膜和特殊标签等相当脆弱的功能材料。这些敏感金属和特殊功能材料在中强碱性环境下，容易被氧化变色或溶胀变形或脱落等，因此限制了中强碱性水清洗剂在半导体封装清洗业的使用。弱碱性水基清洗剂可能对部分敏感金属和特殊功能材料有部分兼容性，但因其清洗力不能完全达到半导体封装的清洗需要，无法满足实际工业应用，因此弱碱性水基清洗剂也没有得到很好的应用和推广。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种中性水基清洗剂及其制备方法，以克服现有水性清洗剂存在的对半导体器件材料兼容性差，封装清洗力不足的技术问题。
本发明实施例的另一目的是提供一种半导体封装清洗方法，以克服现有半导体封装清洗方法存在的材料兼容性差，清洗效果不佳的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种中性水基清洗剂。所述中性水基清洗剂由以下质量百分含量的成分组成：
本发明的另一方面，提供了一种清洗剂的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：
按照本发明中性水基清洗剂所含的成分和含量比例分别量取各成分原料；
除去离子水之外，将称取的其余所述成分原料进行混料处理，后与去离子水进行再次混料处理。
本发明的又一方面，提供了一种半导体封装清洗方法。所述半导体封装清洗方法包括采用本发明中性水基清洗剂或本发明制备方法制备的中性水基清洗剂对半导体封装进行清洗的步骤。
与现有技术相比，本发明中性水基清洗剂清洗能力特别是对半导体器件上焊接后残留有优异的清洗能力，对其他污染物有也良好的去污能力，在此基础上其对敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用。另外，采用水作为主要介质，使得本发明中性水基清洗剂还具有环保，无闪点、安全等优点。
本发明中性水基清洗剂制备方法由于是直接按照本发明中性水基清洗剂所含的成分种类及其含量量取进行混料处理，因此，混料处理获得的中性水基清洗剂分散体系稳定，从而清洗能力强，特别是对半导体器件上焊接后残留清洗能力强，而且对敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用，制备过程采用水作为溶剂，因此，在制备过程中环保安全，对人体无危害，无闪点。另外，其工艺条件易控，制备的中性水基清洗剂性能稳定。
本发明半导体封装清洗方法由于是采用本发明中性水基清洗剂对半导体封装进行清洗，因此，清洗效果好，而且与半导体器件敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用兼容性好，对半导体器件不造成损伤。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的质量含量不仅仅可以指代各成分间质量的比例关系，也可以表示各成分的具体含量。因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
本发明实施例说明书中所提到的“中性”是指水基清洗剂在25℃时l0g/L的水溶液pH值为6.5-7.2。其中有机弱酸PH调节剂的加入量以有机弱酸的酸值和组分中的胺值之比为1:1为添加依据。所述胺值是指中和1g碱性胺所需要的过氯酸和当量氢氧化钾的毫克数，以当量氢氧化钾(毫克数)；所述酸值是指中和脂肪、脂肪油或其他类似物质1g中含有的游离脂肪酸所需氢氧化钾的重量(毫克数)。
一方面，本发明实施例提供一种中性水基清洗剂。所述中性水基清洗剂由以下质量百分含量的成分组成：
其中，上述中性水基清洗剂所含的非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂形成复合表面活性剂，使得两类表面活性剂发挥协效作用，使得上述中性水基清洗剂具有分散、润湿、乳化、渗透等作用，低的表面张力，从而赋予上述中性水基清洗剂优异的清洗能力特别是对半导体封装清洗能力优异，相比单一的非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或两性表面活性剂，就可溶性、分散性、乳化性、降低水基清洗剂表面张力等及成本因素，复配表面活性剂更适合于半导体封装清洗。
因此，为了提高非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂之间的协效作用，在一实施例中，上述非离子表面活性剂选用椰油酰二乙醇胺、聚氧乙烯烷醇酰胺，具体可以根据上述实施例中性水基清洗剂的分散性、润湿性和渗透性以及成本等因此考虑选用其中的一种或多种。在具体实施例中，所述椰油酰二乙醇胺为椰油和二乙醇胺按照摩尔比为1:1或1:2反应获得的椰油酰二乙醇胺。
在另一具体实施例中，上述聚氧乙烯烷醇酰胺选用如下结构式的聚氧乙烯烷醇酰胺：
该分子结构的聚氧乙烯烷醇酰胺分子中包含了不同表面活性力的烷基、醚键和酰胺基官能团。其中，所含的羟基、醚键、酰胺为亲水基团，所含的烷基为亲油基。因含有多个亲水基团特别是比普通的非离子表面活性剂至少增加了一个酰胺基团(-CO-NH-)，因此提高了其在极性溶剂尤其是水中的溶解性能，同时兼有聚乙二醇型的非离子表面活性剂的优点，能有效提高清洗剂的使用寿命和清洗力。
上述结构式的聚氧乙烯烷醇酰胺本身具有近似普通脂肪醇聚氧乙烯醚的结构和性质，根据其结构中烷基碳链的长短各异体现不同的性能重点，当R为C10-12的烷基，n＝4-6有较强的渗透分散性能，其渗透性有助于在清洗时清洗剂对助焊剂和锡膏的顽固残留快速渗透、润湿。在具体实施例中，上述R为C10烷基,n＝6。
在另一实施例中，上述阴离子表面活性剂可以是脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐(AES)、脂肪酸甲酯磺酸盐(MES)等。可以根据表面张力、清洗能力、起泡、稳泡、成本因素考虑优选上述阴离子表面活性剂的中一种或多种。
上述中性水基清洗剂所含的醇醚类溶剂起到助洗溶剂的作用，与水主溶剂相配合的方式，有效提高中性水基清洗剂的清洗能力，并对敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用。在一实施例中，所述醇醚类溶剂选用丙二醇醚类溶剂。在具体实施例中，所述丙二醇醚类为丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚中至少一种。可以以清洗力、环保、成本为选择依据灵活选用该些醇醚类溶剂，以实现与水主溶剂相配合，起到提高清洗力的协效作用。
上述中性水基清洗剂所含的水溶性有机弱酸起到调节pH的作用。由于上述中性水基清洗剂所含的非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和醇醚类溶剂等成分复合后的混合溶剂溶于水后呈现碱性，因此，该水溶性有机弱酸的存在，有效调节混合液的pH，使其呈中性，而且水溶性有机弱酸的自身特性，还能起到pH缓冲作用，从而保证了上述中性水基清洗剂呈现稳定的中性，使其在保证有效高清洗力的前提下，对敏感金属和特殊功能脆弱材料良好的兼容性和保护作用。其中，所述的“中性”如上文所述的，是指水基清洗剂在25℃时l0g/L的水溶液pH值为6.5-7.2。另外，该有机弱酸pH调节剂的加入量以有机弱酸的酸值和组分中的胺值之比为1:1为添加依据。在一实施例中，上述水溶性有机弱酸柠檬酸、马来酸、乳酸、冰醋酸等，具体可以根据水溶性、腐蚀性、酸性强弱和成本因素进行选用。优选用乳酸，其不仅具有调节pH值的作用，还具有去除氧化的双重作用。
因此，上述各实施例中性水基清洗剂清洗效果好，特别是对半导体器件上焊接后残留有优异的清洗能力，对其他污染物有也良好的去污能力，并能够与半导体器件敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用，对半导体器件不造成损伤。另外，其环保，无闪点、安全等优点。
另一方面，本发明实施例还提供了上述中性水基清洗剂的一种制备方法。所述制备方法包括如下步骤：
步骤S01：按照上文所述的中性水基清洗剂所含的成分和含量比例分别量取各成分原料；
步骤S02：除去离子水之外，将称取的其余所述成分原料进行混料处理，后与去离子水进行再次混料处理。
具体地，上述步骤S01所述的中性水基清洗剂所含的成分和含量比例均如上文水基清洗剂中所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。
上述步骤S02中的混料处理可以采用本领域常规的混料处理，如搅拌等，加料顺序可以按照常规清洗剂的加料顺序加料，不管采用哪种方法进行混料处理，只要将各成分原料混合均匀即可。在混料处理过程中，控制水溶性有机弱酸的量和种类，使得配制的中性清洗剂呈现中性，其中所述“中性”为上文所解释和定义的“中性”。经测定，上述各实施例中性水基清洗剂具有下述表1中相关性能。
因此，该中性水基清洗剂制备方法获得的中性水基清洗剂分散体系稳定，清洗能力特别是对半导体器件上焊接后残留清洗能力强，对敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用。由于是采用水作为溶剂，因此，在制备过程中环保安全，对人体无危害，无闪点，降低了成本。另外，其工艺条件易控，制备的中性水基清洗剂性能稳定。
表1
| 相态 | 静态/动态 | 两相/混合相 |
| 密度(g/cm3) | g/cm3 25℃ | 0.85-1.05 |
| pH | 10g/L 25℃ | 6.5-7.2 |
| 卤素含量 | ppm | / |
| 泡沫 | 无泡/低泡 | 无泡 |
| 闪点 | ℃ | / |
再一方面，在上文中性水基清洗剂及其制备方法的基础上，本发明实施例还提供了一种半导体封装清洗方法。本实施例清洗方法包括的步骤有：采用上文所述的中性水基清洗剂或由上文所述的制备方法制备的中性水基清洗剂对半导体封装进行清洗。
在具体实施例中，利用上文本发明实施例中性水基清洗剂对半导体封装清洗的方法可以采用本领域普通清洗剂清洗的方法，在具体实施例中，可以采用超声波清洗、超声漂洗、喷淋清洗等方式对半导体封装清洗，能够快速有效的除去半导体器件上焊接后残留物。清洗对象半导体封装元器件如功率模块、分立器、引线框架。具体的可以按照下面表2中相关清洗工艺条件进行清洗处理：
表2
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下表3中所示的以下组分组成：
本实施例中性水基清洗剂制备方法为：将本实施例1各组分的配比(百分比)，将除去离子水之外的各组分混合均匀得淡黄色均匀透明液，加入所需量的去离子水搅拌均匀得乳白色溶液，既得中性水基清洗剂。
实施例2
本实施例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下表3中所示的以下组分组成：
本实施例中性水基清洗剂制备方法参照实施例1的制备方法。
实施例3
本实施例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下表3中所示的以下组分组成：
本实施例中性水基清洗剂制备方法参照实施例1的制备方法。
实施例4
本实施例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下表3中所示的以下组分组成：
本实施例中性水基清洗剂制备方法参照实施例1的制备方法。
实施例5
本实施例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下所示的以下组分组成：
本实施例中性水基清洗剂制备方法参照实施例1的制备方法。
实施例6
本实施例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下所示的以下组分组成：
本实施例中性水基清洗剂制备方法参照实施例1的制备方法。
实施例7
本实施例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下所示的以下组分组成：
本实施例中性水基清洗剂制备方法参照实施例1的制备方法。
对比例1
本对比例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下表3中所示的以下组分组成：
本对比中性水基清洗剂制备方法参照实施例1中制备方法制备。
对比例2
本对比例提供一种中性水基清洗剂，以质量百分计，由如下表3中所示的以下组分组成：
本对比中性水基清洗剂制备方法参照实施例1中制备方法制备。
本对比中性水基清洗剂制备方法参照实施例1中制备方法制备。
表3
相关性能测试
将上述实施例1-7提供的中性水基清洗剂和对比实施例1-2提供的清洗剂分别按照上述表2和下述评估项目方法进行相关性能的测试。
1.评估项目方法并定义级别
A锡膏、助焊剂残留，4*10倍显微镜观察。
定义级别：0级 无锡膏、助焊剂残留；
1级 在焊接点、引脚或板面边缘有极少量锡膏、助焊剂残留；
2级 有明显的锡膏、助焊剂残留。
B油墨字符、碳膜损伤，4*10倍显微镜观察
定义级别：0级 油墨字符、碳膜无变色、变形、鼓泡、脱落；
1级 油墨字符、碳膜有轻微的变色、变形、鼓泡，但无脱落；
2级 油墨字符、碳膜有明显的变形、鼓泡和脱落。
C离子残留度，采用“离子污染物当量测试法(动态法)”参照SJ20869-2003中第6.3的规定，离子污染物含量三级标准规定≤1.50(NaCl)μg/cm2。
定义:为提高可靠性本发明清洗后的半导体封装元器件离子污染物含量≤0.8(NaCl)μg/cm2为合格。
D金属腐蚀测试
分别将400m1中性水基清洗剂置于500m1的烧杯中，并分别将3片铜或铝的金属测试样片完全浸入中性水基清洗剂中并封闭(相同材质金属放在同一烧杯)，加热中性水基清洗剂至60℃并保温30min。取出试样金属片用去离水漂洗干净并充分干燥。依据GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行盐雾测试l0h，干燥后裸眼观察金属试样片表面的腐蚀情况。
定义级别如表4所示：
表4
2.测试结果：
将上述各提供的清洗剂分别按照上述表2和上述评估项目方法进行相关性能的测试。测试结果如下表5所示：
表5
由以上述表5中检测结果表明:
实施例1-4均满足所有评估项目和标准，仅随着去离子水的量增加，离子污染物含量有所增加。实施例5-7的测试结果与实施例1近似。
而对比例1部分测试项目能达标但离子污染物含量比较高，出现金属腐蚀，可靠性存在风险；
对比例2锡膏、助焊剂残留度高、离子污染物含量高，洁净度不够，敏感材料出现损伤，可靠性存在风险。
由该测试结果进一步证明了本发明实施例中性水基清洗剂清洗能力特别是对半导体器件上焊接后残留有优异的清洗能力，对其他污染物有也良好的去污能力，在此基础上其对敏感金属和特殊功能脆弱材料有良好的兼容性和保护作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种中性水基清洗剂，其特征在于：其由以下质量百分含量的成分组成：
2.如权利要求1所述的中性水基清洗剂，其特征在于：所述非离子表面活性剂选用椰油酰二乙醇胺、聚氧乙烯烷醇酰胺中的至少一种。
3.如权利要求2所述的中性水基清洗剂，其特征在于：所述椰油酰二乙醇胺为椰油和二乙醇胺按照摩尔比为1:1或1:2反应获得的椰油酰二乙醇胺；
所述聚氧乙烯烷醇酰胺选用如下结构式的聚氧乙烯烷醇酰胺：
其中，R为C10-12的烷基，n为4-6的正整数。
4.如权利要求3所述的中性水基清洗剂，其特征在于：所述R为C10的烷基，n＝6。
5.如权利要求1-4任一所述的中性水基清洗剂，其特征在于：所述阴离子表面活性剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐(AES)、脂肪酸甲酯磺酸盐(MES)中至少一种。
6.如权利要求1-4任一所述的中性水基清洗剂，其特征在于：所述醇醚类溶剂选用丙二醇醚类溶剂。
7.如权利要求1-4任一所述的中性水基清洗剂，其特征在于：所述丙二醇醚类为丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚中至少一种。
8.如权利要求1-4任一所述的中性水基清洗剂，其特征在于：所述水溶性有机弱酸为柠檬酸、马来酸、乳酸、冰醋酸中的至少一种。
9.一种中性清洗剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照权利要求1-8任一所述的中性水基清洗剂所含的成分和含量比例分别量取各成分原料；
除去离子水之外，将称取的其余所述成分原料进行混料处理，后与去离子水进行再次混料处理。
10.一种半导体封装清洗方法，包括采用权利要求1-8任一所述的中性水基清洗剂或权利要求9所述的制备方法制备的中性水基清洗剂对半导体封装进行清洗的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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