CN1217673A - 电子器件的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

一种清洗电子器件上污染物的方法和研磨喷砂介质。研磨喷砂介质是溶于水的纯净的碱性金属的碳酸或碳酸氢盐。该碱性金属盐颗粒直径为约20微米－约300微米。颗粒莫氏硬度不大于约5.0。清洗电子器件的喷砂清洗条件是缓和的。喷吹空气压力为约10－约50磅/平方英寸,介质流速为约1－约10磅/分钟。

Description

电子器件的清洗方法
发明背景
本发明涉及一种喷砂清洗电子器件的方法，特别地涉及一种在缓和条件下利用溶于水的喷砂介质喷砂清洗电子器件的方法。
电子器件包括用于电子设备如计算机等中的导体、半导体或绝缘体零件，此类电子器件包括但不限于电路板电子器件、制造半导体芯片的半导体晶片和磁盘驱动器头等。
电子器件是否清洁对于其功能可靠性是非常关键的。电子器件的污染可造成电子器件内部短路从而妨碍其运行，从而导致使用该电子器件的电子设备的电气功能变得不可靠。
电子器件在组装进电子设备的过程中以及在制造过程中经过各个制造工艺步骤的积累都会产生污染。电子器件在制造过程中，可能包括电镀、蚀刻和操作者在组装过程的触摸及利用具有腐蚀性或潜在腐蚀性的焊剂进行涂覆等。因而清除这些电子器件的污染是非常重要的。然而，一些清洁电子器件的方法都有其不足之处。
例如，制造电子电路组件如印刷电路板时，首先将焊剂涂于衬底板材料以保证焊接结合均匀结实。这些焊剂可分为两类：松香和非松香或水溶性焊剂。松香焊剂有适度腐蚀性且具有较久的应用历史，目前在电子行业仍广泛使用。较近发展起来的水溶性焊剂在消费品中使用越来越多。因为水溶性焊剂含有强酸和/或胺冰盐，此类焊剂具有很强的腐蚀性。不幸的是，如果焊接后此类焊剂的遗留痕迹没有仔细清除而遗留在电子电路组合件上，会引起电路的失效。
印刷电路板上的水溶性焊剂采用温热的肥皂水可容易地清除掉，然而松香焊剂的清除就比较困难，传统上是利用氯化烃溶剂如1,1,1-三氯乙烷、三氯乙烯、三氯氟甲烷、二氯甲烷、三氯三氟代甲烷(CFC113)、三氯三氟代乙烯(CFC112)或者这些溶剂和(或)其他溶剂的混合物或共沸混合物。然而这些溶剂不理想，因为它们有毒并且释放到环境中时会破坏臭氧层和产生地球温室变暖效应。因而这类溶剂的使用受到职业安全与健康机构(OSHA)和环境保护组织(EPA)严格监督，必须使用严格限制污染的设备。并且这类溶剂释放到环境中后不易生物降解，因而长时间具有危险。
碱性清洗化合物如链烷醇胺，通常以乙醇胺形式存在，已经被用作松香焊剂清洗剂而取代毒性氯化烃溶剂，这些高PH值(例如，约PH12)化合物与松香焊剂发生化学反应通过皂化过程形成松香皂。其它有机物如表面活性剂或酒精衍生物可以加进这些碱性清洗化合物中促进清除松香皂。不幸的是，这些化合物和水溶性焊剂一样，如果在制造过程中不能被完全迅速地清除掉，容易在印刷电路板表面或分界面处产生腐蚀。
粘合剂和其它残留物的完全清除也存在问题。在制造电子电路组合件时，电子器件利用导线通过板中的孔向下突出被安装在印刷电路板的顶层并且利用粘合剂固定在板的底面。并且有时需要利用特殊胶带粘在易受影响的区域暂时保护这些部位。一旦不再需要这种保护时，必须去掉这些胶带。在这两种情况下，如果粘合剂清除不彻底，残留下来的粘合剂会引起电路板的过早失效。传统上已经利用氯离子溶剂清除残留的粘合剂，如前所述，这些溶剂是有毒且对环境有害的。
除焊剂外，用于电路板上元件蚀刻和丝网印刷的光致抗蚀剂也能引起电路短路问题。美国专利NO.5,145,717公布了一种用磨料喷砂清理印刷电路板上光致抗蚀剂的方法，专利拥有人Drury，已转让给E.I.Du Pont deNemours公司。该方法使用的材料是莫氏硬度为约2～4的聚合物或树脂颗粒。这些颗粒由一台喷砂装置以15°～90°角加速喷射到电路板表面以清除光致抗蚀剂。尽管该方法可以清除掉电路板上的光致抗蚀剂，但喷砂处理后电路板表面的用于消除光致抗蚀剂的聚合物颗粒不容易清除掉，并且聚合物颗粒会镶嵌在电路板表面或存留在死区，即角落或表面的凹处，很难被清除掉。而且光致抗蚀剂不能简单的通过污水排掉，因而此类颗粒会污染环境。
磁盘驱动头也会产生同样的污染问题。在计算机终端设备的组装过程中，一些污染物如粘合剂和指纹会污染驱动头造成电子设备的不正常运行。
对于电路板上的电子元件和磁盘驱动头来说，在半导体晶片和芯片组装进电子设备之前，应该尽可能保持清洁，这是很重要的。半导体材料上的任何污染都会危害电子设备的最佳运行。因此，最好在将半导体晶片切割成半导体芯片之前，将制造过程中半导体晶片上产生的污染物如氧化物和激光溶渣清除掉。
此前已经使用过喷砂清洗方法清除半导体晶片表面的静电颗粒。美国专利NO.4,027,686公布了一种用水清洗的此类方法，专利权人是Shortes etal.已经转让给Texas Instruments Inc.公司。使用其它流体包括空气进行喷砂清洗也取得了不同程度的成功。尽管已经有各种各样的方法清除电子器件的污染，仍然需要有一种缓和且对环境无害的方法来清除电子器件上的污染物如光致抗蚀剂、焊剂、激光溶渣、粘合剂、氧化物等。
众所周知，利用磨剂如氯化钠和碳酸氢钠可喷砂清除铝、镁制品软表面和塑料表面的涂料和污物。然而，为了保持磨剂如碳酸氢钠的流动性能，经常使用助流动剂如憎水硅土。这些助流动剂会在清理后的电子器件的表面留下附加的沉淀。这些沉淀物在电子器件表面形成以后不仅用高压水漂洗剂也很难清除掉，而且以一种污染物代替了另一种污染物。
本发明的主要目的是提供一种在缓和条件下喷砂清洗电子器件表面污染物的方法。
本发明的另一目的是提供一种在相对较低压力下喷砂清洗电子器件表面的方法。
本发明的再一目的是提供一种使用无害于环境的磨剂的喷砂清洗方法。
本发明还有一目的是使用水溶性喷砂介质喷砂清洗电子器件表面。
在阅读本发明下面的叙述和使用本发明之后，本领域的技术人员会更加清楚本发明的其它目的和优点。
发明概述
本发明涉及一种喷砂清洗电子器件污染物如光致抗蚀剂、焊剂、粘合剂和氧化物等的方法。在电子工业中，为了使电子器件最佳运行，尽可能保持电子器件如半导体、导体和绝缘体器件如电路板、线路板的清洁是非常重要的。电子器件上的污染物如焊剂、光致抗蚀剂、金属氧化物甚至指纹都可能导致短路或产生干扰整个电子设备的电气信号。
本发明的方法优点是在缓和的喷砂条件下清洗电子器件的污染物如光致抗蚀剂、焊剂、激光熔渣、粘结剂和金属氧化物等，如采用相对低压力，使用无害于环境的水溶性喷砂介质如碳酸和碳酸氢盐等。优选地，所用碱盐是纯净的且采用塑料材料如Mylar制成的真空包装容器或衬里包装以防止碱盐吸入水汽。并且防止了从聚乙烯、聚丙烯和其他聚烯烃类容器或衬里浸出的烃源污染。同样重要的是储存喷砂介质的包装不包含滑动剂。滑动剂是油性轻质烃材料，被用在许多塑料包装中以防止这些包装的各个面粘在一起。
本发明的水溶性喷砂清洗组合物特点在于，它无腐蚀性且对环境影响小，不同于目前用于清洗印刷电路板的氯化烃溶剂和高碱性清洗剂。另外，本发明的水溶喷砂清洗组合物优选地避免使用一般不溶于水的助流动剂，助流动剂会在电子器件上形成难于清除的沉积物。
此处所用的电子器件清洗组合物优点在于它是可溶于水的，因而容易从电子器件上漂洗掉。而且，因为本发明的方法中采用的喷砂清洗介质可以容易从清洗后的器件上漂洗掉，残留在死区的喷砂介质也容易清除。该组合物对环境无害并且清洗水无需进一步处理就可排泄掉，省却了昂贵的水处理环节。
附图简述
图1为可以用来实施本发明所用方法的喷砂装置。
发明详述
本发明涉及一种在相对缓和的条件下用纯净的水溶性碱盐喷砂介质喷砂清理用于电子设备中的电子器件上污染物的方法。在本发明的上下文中，纯净表示碱盐喷砂介质不含污染物，纯度为非污染物含量约99.0wt％～约100wt％。
本发明可以清洗的电子器件包括但不限于导电材料如电路板上的导电元件和半导体元件如半导体晶片、半导体芯片和磁盘驱动头等。另外，本发明的方法可清洗由绝缘组合物如制造电路板的塑料或玻璃等制成的电子器件。
在电子器件上特别是在制造过程中发现的污染物例如包括光致抗蚀剂、焊剂、粘合剂、氧化物及在电子晶片制造过程中产生的激光熔渣，但不仅仅是这些。
在电子工业中，尽量保持电子设备中电子器件的清洁对于电子器件和电子设备的最佳运行是很重要的。电子器件的污染可能导致电路短路从而损害电子设备运行。
本发明的方法通过引导磨粒材料流以有效地加速清除电子器件上的污染物，达到清洁电子器件的目的。加速可以通过将合适介质以喷射或推射的方式实现。介质可以在气体或液体如空气或水中被喷射或推射出去，也可以用其它合适的机械方法推射出去。利用气体喷砂装置或类似装置加速和引导喷砂介质用加压空气进行干式喷砂是优选采用的方法。也可以将介质以薄浆状或分散状加速后以流束状推射到电子器件上，或者将介质注射进推射的水流中。
用介质喷射方式最好有一个可以移动的介质出口管如喷嘴，以引导介质到清洗的电子器件表面。可以用传送带或任何合适的固定装置移动电子器件经过一个或多个固定的喷嘴。电子器件在喷嘴下经过直至各面都被清洗。器件各个面在一个或多个喷嘴下通过的次数可变，为1～50次，对于许多电子器件每个面在一个或多个喷嘴下经过1～30次是最佳的。
为了有效地清洗电子器件，喷射空气压力为约10～约50磅/平方英寸(psi)，约10～约30磅/平方英寸更好，最好为约20磅/平方英寸。介质在喷嘴处的流速为约1～约10磅/分钟(lbs/min)，约2～约8磅/分钟更好，最好在约4～约6磅/分钟。
进一步，为了保证从喷砂介质源或储存容器到运送介质至喷嘴的装置之间均匀连续的流动，在介质源与运送装置之间应保持约1～约10磅/平方英寸的压力差，约4～6磅/平方英寸更好。介质流离开喷嘴后喷射成圆锥体形，喷嘴在锥顶，进行清洗的电子器件在锥体底面上。通过改变电子器件和喷嘴之间的距离，可以调节喷射到电子器件上的实际介质压力，使之适合特定类型器件。为有效清洗电子器件，喷嘴到目标的距离可在约0.5～约20英寸之间，约10英寸时更好。介质的路径取向可以显著地影响电子器件表面污染物的清理程度同时又不损害敏感器件。介质流的最佳路径应该是其方向和角度能有效清除污染物并且不损害器件。为有效清理电子器件表面的污染物，喷嘴和器件表面之间的角度可为约10°～50°，约15°～30°更好。
在清洗完电子器件后，用去离子水清洗掉留在电子器件上的磨粒材料。然后可用任何在技术上合适的方法烘干器件。
如上所述，本发明的方法可以采用任何合适的喷砂装置喷砂清理电子器件。优选地，本发明的方法使用的装置可以是Accustrip供给系统，它是美国专利No.5,081,799的发明主题，已转让给Church和Dwight，它的全部公开内容在此被引作参考。用于喷砂清理电子器件的特别优选的装置是Accustrip供给系统的改型。这些改型包括：靠近盛有喷砂介质的压力罐底部的介质水平传感器。这些改型还包括附在压力罐侧边的震动器，用来协助喷砂介质通过罐的流动、以及靠近罐底部的尖顶帽(chinese cone)或罩使喷砂介质通过罐自由流动而不产生气沟现象。进一步的改型包括通过惰性氮气源和靠近罐底的吹风机用氮气对罐加压。这些对Accustrip系统的改型促进了清洗工艺中喷砂介质的流动。图1是本发明的方法采用的改型的Accustrip供给系统。
如图1所示，喷砂装置1包括部分地以介质5填充的喷砂罐3。喷砂罐3的适宜的空腔容量为1立方英尺，端部为由阀11控制的介质出口管7。通过出口管7的介质数量由靠近罐3底部的介质水平传感器9监测。喷砂罐包括通风阀37，可以在喷砂清理之后释放罐中压力。靠近罐底部的尖顶帽或罩39使喷砂介质从喷砂罐到介质出口管7有效流动，不产生不期望的气沟现象。附着在罐上的震动器41由震动器调整器43通过管45控制，在喷砂清理时使罐震动从而介质可以向罐底部移动进入介质出口管7。喷砂罐包含一个介质水平传感器(未画出)以检测罐中剩余介质量。介质阀11控制介质5以所需流速流动。管13连接到由进气气量计15监测的增压空气源47。空气通过空气过滤器49过滤。空气阀17远程操纵开关阀，激活空气向喷嘴19的流通以及介质切断阀的开通和关闭。喷嘴由开关阀51通过管53控制，并通过管55连接到控制阀21。系统运行时，喷嘴压力调节阀25根据压力计27调节喷嘴压力。喷嘴压力调节阀25可以维持喷嘴所需的压力。喷嘴压力计27把控制的压力值加在喷嘴19上。压差计29监测喷砂罐3和输送胶管31间的压力差。罐压力调节阀33通过管63提供压力高于输送胶管31处压力的气体，通过压力计35测量压力，而由压力差计29监控压力差。介质罐由氮气源56的氮气进行加压。氮气通过管57进入罐底部的氮气充气机。进入罐的氮气量由氮气调节阀61控制。为保护和冷却工作部件及控制灰尘，可通过水注射管(未画出)将水注射进喷嘴19，这是可选装置。
本发明方法所用的喷砂介质是溶于水或至少在水中可分散的。可使用的溶于水的喷砂介质包括但不限于碱性金属盐如碳酸盐、碳酸氢盐和其混合物。最好选用钠和钾的碳酸和碳酸氢盐或其混合物。同样可以使用倍半碳酸钠和天然倍半碳酸钠如天然碱。需要着重指出的是溶于水并不意味着完全溶于水，因为一些盐和天然矿物质如天然碱中含有少量的不可溶解物。例如，天然倍半碳酸钠即天然碱包含含量高达10wt％的不可溶物质。因而溶于水指包含那些基本上溶于水的物质。
除了溶于水或水中可分散外，本发明所用喷砂介质颗粒非常细，直径平均为大于约20微米但小于约300微米，颗粒莫氏硬度不大于约5.0。不能选用颗粒直径300微米左右的介质，因为它在喷砂清理时会破坏电子器件。尽管可以使用约20微米的颗粒，但是在清洗时小于约30微米的颗粒流动性不好会引起有关流动问题。因此最好选用不小于约30微米的颗粒。平均大小在约50～150微米的颗粒，效果更好。
包含约99wt％～100wt％碳酸氢钠的喷砂介质最适合清洗电子器件。喷砂介质中，大小在140目以上的颗粒含量最多约为7wt％，200目以上的颗粒含量最多约为52wt％，325目以上的颗粒含量最少为约80wt％，400目以上的颗粒含量最少为约95wt％。喷砂介质中氯离子含量不超过100ppm。碳酸(CO3 2-)离子含量不超过0.20wt％，最好不超过0.10wt％。碳酸氢钠中水分含量不超过0.20wt％，最好不超过0.10wt％，这种组成的纯净碳酸氢钠可减小喷洗时有关流动的问题。
本发明的喷砂介质没有采用辅助介质，如一般喷砂介质中通常用作消除结块介质的吸水性硅土、憎水性硅土和憎水性聚硅氧烷等助流动剂。此类助流动剂在许多电子器件上可能形成难以去除的沉淀物。该沉淀物不论用高压清洗方法还是用水清洗剂都很难去除。
本发明的方法所用喷砂介质可包装在许多合适的、不含有机滑动介质并且使喷砂介质基本上与水汽隔绝的容器中，如防潮聚合物包装袋。水汽和有机滑动介质可引起喷砂介质不必要的结块。结块的喷砂介质在喷砂清理时流动性能不好并且会阻塞喷砂清洗装置的管道。因此，包装容器为喷砂介质提供基本上与水汽隔绝的环境使介质保持自由流动是非常重要的。
所优先采用的碳酸氢钠喷砂介质最好在真空或者氮气或二氧化碳净化环境下包装在塑料或者箔袋里。聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate)或Mylar是用于包装碳酸氢钠的优选材料，碳酸氢钠以每袋20～50磅的重量进行包装，并储存在刚性不易塌陷的容器中，如塑料桶或坚硬的纸板箱里。这些容器可以使碳酸氢钠喷砂介质与水汽隔绝并且不受挤压，从而在到达喷砂地点之前储存时不结块或成块。

Claims (25)

1．一种清洗电子器件的喷砂介质，其中，包含大小至少为约20微米但不大于约300微米、莫氏硬度不大于约5.0的、可溶于水的纯净碱性金属盐的磨粒，其氯离子浓度不大于约100ppm、化学氧的浓度不大于约100ppm、水分含量不高于约0.20wt％。
2．如权利要求1所述的喷砂介质，其中，所述碱性盐包括钾或钠的碳酸或碳酸氢盐或它们的混合物。
3．如权利要求2所述的喷砂介质，其中，所述碱性盐包括碳酸氢钠。
4．如权利要求3所述的喷砂介质，其中，所述碳酸氢钠的纯度为约99.0wt％～100wt％。
5．如权利要求1所述的喷砂介质，其中，所述磨粒的水分含量不超过约0.10wt％。
6．如权利要求4所述的喷砂介质，其中，碳酸根离子(CO3 2-)的含量不超过约0.20wt％。
7．如权利要求4所述的喷砂介质，其中，所述碳酸氢钠包含：大小在140目以上的颗粒含量最多为约7wt％，200目以上的颗粒含量最多为约52wt％，325目以上的颗粒含量最少为约80wt％，400目以上的颗粒含量最少为约95wt％。
8．如权利要求1所述的喷砂介质，其中，所述喷砂介质不含含有助流动剂的有机物和硅土。
9．一种包装的、自由流动用于清洗电子器件的喷砂介质，该介质包含可溶于水的纯净碱性金属盐磨粒，其粒度为至少约20微米但不大于约300微米，莫氏硬度不大于约5.0，氯离子浓度不大于约100ppm、化学氧的浓度不大于约100ppm、水分含量不高于约0.20wt％，该喷砂介质储存在不含有机滑动剂的聚合物包装袋中，该聚合物包装袋使碱性金属盐与水汽隔绝从而防止研磨颗粒在储存期间结块。
10．如权利要求9所述的包装的、自由流动的喷砂介质，其中，所述水分含量不超过约0.10wt％。
11．如权利要求9所述的包装的、自由流动的喷砂介质，其中，所述聚合物包装袋由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。
12．如权利要求9所述的包装的、自由流动的喷砂介质，其中，储存在聚合物包装袋中的碱性金属盐颗粒重量为约20～约50磅。
13．如权利要求12所述的包装的、自由流动的喷砂介质，其中，盛装碱性金属盐颗粒的聚合物包装袋贮存在刚性容器中，使喷砂介质不受挤压。
14．如权利要求9所述的包装的、自由流动的喷砂介质，其中，所述喷砂介质不含含有助流动剂的有机物和硅土。
15．一种喷砂清洗电子器件去除污染物的方法，包括：以加压流体束的方式将研磨喷砂介质喷射到电子器件的表面，喷砂介质包含可溶于水的纯净碱性金属盐颗粒，其中颗粒平均直径至少为约20微米但不大于约300微米、莫氏硬度不大于约5.0，氯离子含量不大于约100ppm、化学氧含量不大于约100ppm、水分含量不高于约0.20wt％。
16．如权利要求15所述的方法，其中，所述研磨喷砂介质以薄浆状或分散状喷射到电子器件的表面。
17．如权利要求15所述的方法，其中，所述流体束包括空气或水。
18．如权利要求17所述的方法，其中，所述空气的压力为约10～约50磅/平方英寸。
19．如权利要求15所述的方法，其中，介质流动速率为约1～约10磅/分钟。
20．如权利要求15所述的方法，其中，所述碱性金属盐包括钾或钠的碳酸或碳酸氢盐或它们的混合物。
21．如权利要求20所述的方法，其中，所述碱性金属盐包括约99.0wt％～100wt％的碳酸氢钠。
22．如权利要求21所述的方法，其中，所述喷砂介质中碳酸根离子(CO3 2-)的含量不超过0.20wt％。
23．如权利要求21所述的方法，其中，所述碳酸氢钠包含大小在140目以上的颗粒含量最多为约7wt％，200目以上的颗粒含量最多为约52wt％，325目以上的颗粒含量最少为约80wt％，400目以上的颗粒含量最少为约95wt％。
24．如权利要求15所述的方法，其中，所述喷砂介质中不含含有助流动剂的有机物和硅土。
25．如权利要求15所述的方法，其中，所述颗粒中水分含量不超过0.10wt％。
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