電子器件的清洗方法

2023-10-28 19:16:12 1

專利名稱：電子器件的清洗方法
背景技術：
本發明涉及一種噴砂清洗電子器件的方法，特別地涉及一種在緩和條件下利用溶於水的噴砂介質噴砂清洗電子器件的方法。
電子器件包括用於電子設備如計算機等中的導體、半導體或絕緣體零件，此類電子器件包括但不限於電路板電子器件、製造半導體晶片的半導體晶片和磁碟驅動器頭等。
電子器件是否清潔對於其功能可靠性是非常關鍵的。電子器件的汙染可造成電子器件內部短路從而妨礙其運行，從而導致使用該電子器件的電子設備的電氣功能變得不可靠。
電子器件在組裝進電子設備的過程中以及在製造過程中經過各個製造工藝步驟的積累都會產生汙染。電子器件在製造過程中，可能包括電鍍、蝕刻和操作者在組裝過程的觸摸及利用具有腐蝕性或潛在腐蝕性的焊劑進行塗覆等。因而清除這些電子器件的汙染是非常重要的。然而，一些清潔電子器件的方法都有其不足之處。
例如，製造電子電路組件如印刷電路板時，首先將焊劑塗於襯底板材料以保證焊接結合均勻結實。這些焊劑可分為兩類松香和非松香或水溶性焊劑。松香焊劑有適度腐蝕性且具有較久的應用歷史，目前在電子行業仍廣泛使用。較近發展起來的水溶性焊劑在消費品中使用越來越多。因為水溶性焊劑含有強酸和/或胺冰鹽，此類焊劑具有很強的腐蝕性。不幸的是，如果焊接後此類焊劑的遺留痕跡沒有仔細清除而遺留在電子電路組合件上，會引起電路的失效。
印刷電路板上的水溶性焊劑採用溫熱的肥皂水可容易地清除掉，然而松香焊劑的清除就比較困難，傳統上是利用氯化烴溶劑如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)或者這些溶劑和(或)其他溶劑的混合物或共沸混合物。然而這些溶劑不理想，因為它們有毒並且釋放到環境中時會破壞臭氧層和產生地球溫室變暖效應。因而這類溶劑的使用受到職業安全與健康機構(OSHA)和環境保護組織(EPA)嚴格監督，必須使用嚴格限制汙染的設備。並且這類溶劑釋放到環境中後不易生物降解，因而長時間具有危險。
鹼性清洗化合物如鏈烷醇胺，通常以乙醇胺形式存在，已經被用作松香焊劑清洗劑而取代毒性氯化烴溶劑，這些高PH值(例如，約PH12)化合物與松香焊劑發生化學反應通過皂化過程形成松香皂。其它有機物如表面活性劑或酒精衍生物可以加進這些鹼性清洗化合物中促進清除松香皂。不幸的是，這些化合物和水溶性焊劑一樣，如果在製造過程中不能被完全迅速地清除掉，容易在印刷電路板表面或分界面處產生腐蝕。
粘合劑和其它殘留物的完全清除也存在問題。在製造電子電路組合件時，電子器件利用導線通過板中的孔向下突出被安裝在印刷電路板的頂層並且利用粘合劑固定在板的底面。並且有時需要利用特殊膠帶粘在易受影響的區域暫時保護這些部位。一旦不再需要這種保護時，必須去掉這些膠帶。在這兩種情況下，如果粘合劑清除不徹底，殘留下來的粘合劑會引起電路板的過早失效。傳統上已經利用氯離子溶劑清除殘留的粘合劑，如前所述，這些溶劑是有毒且對環境有害的。
除焊劑外，用於電路板上元件蝕刻和絲網印刷的光致抗蝕劑也能引起電路短路問題。美國專利NO.5,145,717公布了一種用磨料噴砂清理印刷電路板上光致抗蝕劑的方法，專利擁有人Drury，已轉讓給E.I.Du Pont deNemours公司。該方法使用的材料是莫氏硬度為約2～4的聚合物或樹脂顆粒。這些顆粒由一臺噴砂裝置以15°～90°角加速噴射到電路板表面以清除光致抗蝕劑。儘管該方法可以清除掉電路板上的光致抗蝕劑，但噴砂處理後電路板表面的用於消除光致抗蝕劑的聚合物顆粒不容易清除掉，並且聚合物顆粒會鑲嵌在電路板表面或存留在死區，即角落或表面的凹處，很難被清除掉。而且光致抗蝕劑不能簡單的通過汙水排掉，因而此類顆粒會汙染環境。
磁碟驅動頭也會產生同樣的汙染問題。在計算機終端設備的組裝過程中，一些汙染物如粘合劑和指紋會汙染驅動頭造成電子設備的不正常運行。
對於電路板上的電子元件和磁碟驅動頭來說，在半導體晶片和晶片組裝進電子設備之前，應該儘可能保持清潔，這是很重要的。半導體材料上的任何汙染都會危害電子設備的最佳運行。因此，最好在將半導體晶片切割成半導體晶片之前，將製造過程中半導體晶片上產生的汙染物如氧化物和雷射溶渣清除掉。
此前已經使用過噴砂清洗方法清除半導體晶片表面的靜電顆粒。美國專利NO.4,027,686公布了一種用水清洗的此類方法，專利權人是Shortes etal.已經轉讓給Texas Instruments Inc.公司。使用其它流體包括空氣進行噴砂清洗也取得了不同程度的成功。儘管已經有各種各樣的方法清除電子器件的汙染，仍然需要有一種緩和且對環境無害的方法來清除電子器件上的汙染物如光致抗蝕劑、焊劑、雷射溶渣、粘合劑、氧化物等。
眾所周知，利用磨劑如氯化鈉和碳酸氫鈉可噴砂清除鋁、鎂製品軟表面和塑料表面的塗料和汙物。然而，為了保持磨劑如碳酸氫鈉的流動性能，經常使用助流動劑如憎水矽土。這些助流動劑會在清理後的電子器件的表面留下附加的沉澱。這些沉澱物在電子器件表面形成以後不僅用高壓水漂洗劑也很難清除掉，而且以一種汙染物代替了另一種汙染物。
本發明的主要目的是提供一種在緩和條件下噴砂清洗電子器件表面汙染物的方法。
本發明的另一目的是提供一種在相對較低壓力下噴砂清洗電子器件表面的方法。
本發明的再一目的是提供一種使用無害於環境的磨劑的噴砂清洗方法。
本發明還有一目的是使用水溶性噴砂介質噴砂清洗電子器件表面。
在閱讀本發明下面的敘述和使用本發明之後，本領域的技術人員會更加清楚本發明的其它目的和優點。
發明概述本發明涉及一種噴砂清洗電子器件汙染物如光致抗蝕劑、焊劑、粘合劑和氧化物等的方法。在電子工業中，為了使電子器件最佳運行，儘可能保持電子器件如半導體、導體和絕緣體器件如電路板、線路板的清潔是非常重要的。電子器件上的汙染物如焊劑、光致抗蝕劑、金屬氧化物甚至指紋都可能導致短路或產生幹擾整個電子設備的電氣信號。
本發明的方法優點是在緩和的噴砂條件下清洗電子器件的汙染物如光致抗蝕劑、焊劑、雷射熔渣、粘結劑和金屬氧化物等，如採用相對低壓力，使用無害於環境的水溶性噴砂介質如碳酸和碳酸氫鹽等。優選地，所用鹼鹽是純淨的且採用塑料材料如Mylar製成的真空包裝容器或襯裡包裝以防止鹼鹽吸入水汽。並且防止了從聚乙烯、聚丙烯和其他聚烯烴類容器或襯裡浸出的烴源汙染。同樣重要的是儲存噴砂介質的包裝不包含滑動劑。滑動劑是油性輕質烴材料，被用在許多塑料包裝中以防止這些包裝的各個面粘在一起。
本發明的水溶性噴砂清洗組合物特點在於，它無腐蝕性且對環境影響小，不同於目前用於清洗印刷電路板的氯化烴溶劑和高鹼性清洗劑。另外，本發明的水溶噴砂清洗組合物優選地避免使用一般不溶於水的助流動劑，助流動劑會在電子器件上形成難於清除的沉積物。
此處所用的電子器件清洗組合物優點在於它是可溶於水的，因而容易從電子器件上漂洗掉。而且，因為本發明的方法中採用的噴砂清洗介質可以容易從清洗後的器件上漂洗掉，殘留在死區的噴砂介質也容易清除。該組合物對環境無害並且清洗水無需進一步處理就可排洩掉，省卻了昂貴的水處理環節。
附圖簡述

圖1為可以用來實施本發明所用方法的噴砂裝置。
發明詳述本發明涉及一種在相對緩和的條件下用純淨的水溶性鹼鹽噴砂介質噴砂清理用於電子設備中的電子器件上汙染物的方法。在本發明的上下文中，純淨表示鹼鹽噴砂介質不含汙染物，純度為非汙染物含量約99.0wt％～約100wt％。
本發明可以清洗的電子器件包括但不限於導電材料如電路板上的導電元件和半導體元件如半導體晶片、半導體晶片和磁碟驅動頭等。另外，本發明的方法可清洗由絕緣組合物如製造電路板的塑料或玻璃等製成的電子器件。
在電子器件上特別是在製造過程中發現的汙染物例如包括光致抗蝕劑、焊劑、粘合劑、氧化物及在電子晶片製造過程中產生的雷射熔渣，但不僅僅是這些。
在電子工業中，儘量保持電子設備中電子器件的清潔對於電子器件和電子設備的最佳運行是很重要的。電子器件的汙染可能導致電路短路從而損害電子設備運行。
本發明的方法通過引導磨粒材料流以有效地加速清除電子器件上的汙染物，達到清潔電子器件的目的。加速可以通過將合適介質以噴射或推射的方式實現。介質可以在氣體或液體如空氣或水中被噴射或推射出去，也可以用其它合適的機械方法推射出去。利用氣體噴砂裝置或類似裝置加速和引導噴砂介質用加壓空氣進行乾式噴砂是優選採用的方法。也可以將介質以薄漿狀或分散狀加速後以流束狀推射到電子器件上，或者將介質注射進推射的水流中。
用介質噴射方式最好有一個可以移動的介質出口管如噴嘴，以引導介質到清洗的電子器件表面。可以用傳送帶或任何合適的固定裝置移動電子器件經過一個或多個固定的噴嘴。電子器件在噴嘴下經過直至各面都被清洗。器件各個面在一個或多個噴嘴下通過的次數可變，為1～50次，對於許多電子器件每個面在一個或多個噴嘴下經過1～30次是最佳的。
為了有效地清洗電子器件，噴射空氣壓力為約10～約50磅/平方英寸(psi)，約10～約30磅/平方英寸更好，最好為約20磅/平方英寸。介質在噴嘴處的流速為約1～約10磅/分鐘(lbs/min)，約2～約8磅/分鐘更好，最好在約4～約6磅/分鐘。
進一步，為了保證從噴砂介質源或儲存容器到運送介質至噴嘴的裝置之間均勻連續的流動，在介質源與運送裝置之間應保持約1～約10磅/平方英寸的壓力差，約4～6磅/平方英寸更好。介質流離開噴嘴後噴射成圓錐體形，噴嘴在錐頂，進行清洗的電子器件在錐體底面上。通過改變電子器件和噴嘴之間的距離，可以調節噴射到電子器件上的實際介質壓力，使之適合特定類型器件。為有效清洗電子器件，噴嘴到目標的距離可在約0.5～約20英寸之間，約10英寸時更好。介質的路逕取向可以顯著地影響電子器件表面汙染物的清理程度同時又不損害敏感器件。介質流的最佳路徑應該是其方向和角度能有效清除汙染物並且不損害器件。為有效清理電子器件表面的汙染物，噴嘴和器件表面之間的角度可為約10°～50°，約15°～30°更好。
在清洗完電子器件後，用去離子水清洗掉留在電子器件上的磨粒材料。然後可用任何在技術上合適的方法烘乾器件。
如上所述，本發明的方法可以採用任何合適的噴砂裝置噴砂清理電子器件。優選地，本發明的方法使用的裝置可以是Accustrip供給系統，它是美國專利No.5,081,799的發明主題，已轉讓給Church和Dwight，它的全部公開內容在此被引作參考。用於噴砂清理電子器件的特別優選的裝置是Accustrip供給系統的改型。這些改型包括靠近盛有噴砂介質的壓力罐底部的介質水平傳感器。這些改型還包括附在壓力罐側邊的震動器，用來協助噴砂介質通過罐的流動、以及靠近罐底部的尖頂帽(chinese cone)或罩使噴砂介質通過罐自由流動而不產生氣溝現象。進一步的改型包括通過惰性氮氣源和靠近罐底的吹風機用氮氣對罐加壓。這些對Accustrip系統的改型促進了清洗工藝中噴砂介質的流動。圖1是本發明的方法採用的改型的Accustrip供給系統。
如圖1所示，噴砂裝置1包括部分地以介質5填充的噴砂罐3。噴砂罐3的適宜的空腔容量為1立方英尺，端部為由閥11控制的介質出口管7。通過出口管7的介質數量由靠近罐3底部的介質水平傳感器9監測。噴砂罐包括通風閥37，可以在噴砂清理之後釋放罐中壓力。靠近罐底部的尖頂帽或罩39使噴砂介質從噴砂罐到介質出口管7有效流動，不產生不期望的氣溝現象。附著在罐上的震動器41由震動器調整器43通過管45控制，在噴砂清理時使罐震動從而介質可以向罐底部移動進入介質出口管7。噴砂罐包含一個介質水平傳感器(未畫出)以檢測罐中剩餘介質量。介質閥11控制介質5以所需流速流動。管13連接到由進氣氣量計15監測的增壓空氣源47。空氣通過空氣過濾器49過濾。空氣閥17遠程操縱開關閥，激活空氣向噴嘴19的流通以及介質切斷閥的開通和關閉。噴嘴由開關閥51通過管53控制，並通過管55連接到控制閥21。系統運行時，噴嘴壓力調節閥25根據壓力計27調節噴嘴壓力。噴嘴壓力調節閥25可以維持噴嘴所需的壓力。噴嘴壓力計27把控制的壓力值加在噴嘴19上。壓差計29監測噴砂罐3和輸送膠管31間的壓力差。罐壓力調節閥33通過管63提供壓力高於輸送膠管31處壓力的氣體，通過壓力計35測量壓力，而由壓力差計29監控壓力差。介質罐由氮氣源56的氮氣進行加壓。氮氣通過管57進入罐底部的氮氣充氣機。進入罐的氮氣量由氮氣調節閥61控制。為保護和冷卻工作部件及控制灰塵，可通過水注射管(未畫出)將水注射進噴嘴19，這是可選裝置。
本發明方法所用的噴砂介質是溶於水或至少在水中可分散的。可使用的溶於水的噴砂介質包括但不限於鹼性金屬鹽如碳酸鹽、碳酸氫鹽和其混合物。最好選用鈉和鉀的碳酸和碳酸氫鹽或其混合物。同樣可以使用倍半碳酸鈉和天然倍半碳酸鈉如天然鹼。需要著重指出的是溶於水並不意味著完全溶於水，因為一些鹽和天然礦物質如天然鹼中含有少量的不可溶解物。例如，天然倍半碳酸鈉即天然鹼包含含量高達10wt％的不可溶物質。因而溶於水指包含那些基本上溶於水的物質。
除了溶於水或水中可分散外，本發明所用噴砂介質顆粒非常細，直徑平均為大於約20微米但小於約300微米，顆粒莫氏硬度不大於約5.0。不能選用顆粒直徑300微米左右的介質，因為它在噴砂清理時會破壞電子器件。儘管可以使用約20微米的顆粒，但是在清洗時小於約30微米的顆粒流動性不好會引起有關流動問題。因此最好選用不小於約30微米的顆粒。平均大小在約50～150微米的顆粒，效果更好。
包含約99wt％～100wt％碳酸氫鈉的噴砂介質最適合清洗電子器件。噴砂介質中，大小在140目以上的顆粒含量最多約為7wt％，200目以上的顆粒含量最多約為52wt％，325目以上的顆粒含量最少為約80wt％，400目以上的顆粒含量最少為約95wt％。噴砂介質中氯離子含量不超過100ppm。碳酸(CO32-)離子含量不超過0.20wt％，最好不超過0.10wt％。碳酸氫鈉中水分含量不超過0.20wt％，最好不超過0.10wt％，這種組成的純淨碳酸氫鈉可減小噴洗時有關流動的問題。
本發明的噴砂介質沒有採用輔助介質，如一般噴砂介質中通常用作消除結塊介質的吸水性矽土、憎水性矽土和憎水性聚矽氧烷等助流動劑。此類助流動劑在許多電子器件上可能形成難以去除的沉澱物。該沉澱物不論用高壓清洗方法還是用水清洗劑都很難去除。
本發明的方法所用噴砂介質可包裝在許多合適的、不含有機滑動介質並且使噴砂介質基本上與水汽隔絕的容器中，如防潮聚合物包裝袋。水汽和有機滑動介質可引起噴砂介質不必要的結塊。結塊的噴砂介質在噴砂清理時流動性能不好並且會阻塞噴砂清洗裝置的管道。因此，包裝容器為噴砂介質提供基本上與水汽隔絕的環境使介質保持自由流動是非常重要的。
所優先採用的碳酸氫鈉噴砂介質最好在真空或者氮氣或二氧化碳淨化環境下包裝在塑料或者箔袋裡。聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate)或Mylar是用於包裝碳酸氫鈉的優選材料，碳酸氫鈉以每袋20～50磅的重量進行包裝，並儲存在剛性不易塌陷的容器中，如塑料桶或堅硬的紙板箱裡。這些容器可以使碳酸氫鈉噴砂介質與水汽隔絕並且不受擠壓，從而在到達噴砂地點之前儲存時不結塊或成塊。
權利要求
1．一種清洗電子器件的噴砂介質，其中，包含大小至少為約20微米但不大於約300微米、莫氏硬度不大於約5.0的、可溶於水的純淨鹼性金屬鹽的磨粒，其氯離子濃度不大於約100ppm、化學氧的濃度不大於約100ppm、水分含量不高於約0.20wt％。
2．如權利要求1所述的噴砂介質，其中，所述鹼性鹽包括鉀或鈉的碳酸或碳酸氫鹽或它們的混合物。
3．如權利要求2所述的噴砂介質，其中，所述鹼性鹽包括碳酸氫鈉。
4．如權利要求3所述的噴砂介質，其中，所述碳酸氫鈉的純度為約99.0wt％～100wt％。
5．如權利要求1所述的噴砂介質，其中，所述磨粒的水分含量不超過約0.10wt％。
6．如權利要求4所述的噴砂介質，其中，碳酸根離子(CO32-)的含量不超過約0.20wt％。
7．如權利要求4所述的噴砂介質，其中，所述碳酸氫鈉包含大小在140目以上的顆粒含量最多為約7wt％，200目以上的顆粒含量最多為約52wt％，325目以上的顆粒含量最少為約80wt％，400目以上的顆粒含量最少為約95wt％。
8．如權利要求1所述的噴砂介質，其中，所述噴砂介質不含含有助流動劑的有機物和矽土。
9．一種包裝的、自由流動用於清洗電子器件的噴砂介質，該介質包含可溶於水的純淨鹼性金屬鹽磨粒，其粒度為至少約20微米但不大於約300微米，莫氏硬度不大於約5.0，氯離子濃度不大於約100ppm、化學氧的濃度不大於約100ppm、水分含量不高於約0.20wt％，該噴砂介質儲存在不含有機滑動劑的聚合物包裝袋中，該聚合物包裝袋使鹼性金屬鹽與水汽隔絕從而防止研磨顆粒在儲存期間結塊。
10．如權利要求9所述的包裝的、自由流動的噴砂介質，其中，所述水分含量不超過約0.10wt％。
11．如權利要求9所述的包裝的、自由流動的噴砂介質，其中，所述聚合物包裝袋由聚對苯二甲酸乙二醇酯組成。
12．如權利要求9所述的包裝的、自由流動的噴砂介質，其中，儲存在聚合物包裝袋中的鹼性金屬鹽顆粒重量為約20～約50磅。
13．如權利要求12所述的包裝的、自由流動的噴砂介質，其中，盛裝鹼性金屬鹽顆粒的聚合物包裝袋貯存在剛性容器中，使噴砂介質不受擠壓。
14．如權利要求9所述的包裝的、自由流動的噴砂介質，其中，所述噴砂介質不含含有助流動劑的有機物和矽土。
15．一種噴砂清洗電子器件去除汙染物的方法，包括以加壓流體束的方式將研磨噴砂介質噴射到電子器件的表面，噴砂介質包含可溶於水的純淨鹼性金屬鹽顆粒，其中顆粒平均直徑至少為約20微米但不大於約300微米、莫氏硬度不大於約5.0，氯離子含量不大於約100ppm、化學氧含量不大於約100ppm、水分含量不高於約0.20wt％。
16．如權利要求15所述的方法，其中，所述研磨噴砂介質以薄漿狀或分散狀噴射到電子器件的表面。
17．如權利要求15所述的方法，其中，所述流體束包括空氣或水。
18．如權利要求17所述的方法，其中，所述空氣的壓力為約10～約50磅/平方英寸。
19．如權利要求15所述的方法，其中，介質流動速率為約1～約10磅/分鐘。
20．如權利要求15所述的方法，其中，所述鹼性金屬鹽包括鉀或鈉的碳酸或碳酸氫鹽或它們的混合物。
21．如權利要求20所述的方法，其中，所述鹼性金屬鹽包括約99.0wt％～100wt％的碳酸氫鈉。
22．如權利要求21所述的方法，其中，所述噴砂介質中碳酸根離子(CO32-)的含量不超過0.20wt％。
23．如權利要求21所述的方法，其中，所述碳酸氫鈉包含大小在140目以上的顆粒含量最多為約7wt％，200目以上的顆粒含量最多為約52wt％，325目以上的顆粒含量最少為約80wt％，400目以上的顆粒含量最少為約95wt％。
24．如權利要求15所述的方法，其中，所述噴砂介質中不含含有助流動劑的有機物和矽土。
25．如權利要求15所述的方法，其中，所述顆粒中水分含量不超過0.10wt％。
全文摘要
一種清洗電子器件上汙染物的方法和研磨噴砂介質。研磨噴砂介質是溶於水的純淨的鹼性金屬的碳酸或碳酸氫鹽。該鹼性金屬鹽顆粒直徑為約20微米－約300微米。顆粒莫氏硬度不大於約5.0。清洗電子器件的噴砂清洗條件是緩和的。噴吹空氣壓力為約10－約50磅/平方英寸,介質流速為約1－約10磅/分鐘。
文檔編號B24C7/00GK1217673SQ97194412
公開日1999年5月26日 申請日期1997年3月31日 優先權日1996年5月9日
發明者苯尼·S·亞姆, 肯尼思·庫爾伯特 申請人:徹什-威特有限公司