一、焊接殘留物的產(chǎn)生及成分

在芯片的焊接過程中，會(huì)使用到助焊劑、錫膏等焊接輔料。這些輔料在幫助實(shí)現(xiàn)良好焊接效果后，往往會(huì)留下殘留物。例如錫膏是由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分組成，助焊劑的成分也較為復(fù)雜。焊接完成后，這些物質(zhì)會(huì)在芯片表面以及焊點(diǎn)周圍留存，這其中又以焊后熱改性生成物在所有污染物中占據(jù)主導(dǎo)地位。同時(shí)，在芯片的制程過程中，還可能沾染上其他污染物，例如操作人員的指印、汗液、角質(zhì)，以及環(huán)境中的塵埃等，這些物質(zhì)會(huì)與焊接殘留物一同附著在芯片上。

二、焊接殘留物對(duì)芯片封裝的影響

（一）電氣性能方面

1. 漏電與短路風(fēng)險(xiǎn)

• 助焊劑殘留中的離子型污染物、極性玷污物等可能會(huì)在芯片表面形成導(dǎo)電通路。例如在PCB（印刷電路板）上，如果有殘留的錫膏或助焊劑中的離子污染物存在，當(dāng)電路處于工作狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電流泄漏到不應(yīng)該導(dǎo)通的地方，從而產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。在高密度的芯片封裝中，微小的漏電都可能引發(fā)芯片性能的不穩(wěn)定和功能故障。而且，如果殘留物過多或者其導(dǎo)電性足夠強(qiáng)，還有可能直接造成電路短路。一旦短路發(fā)生，會(huì)使芯片局部甚至整個(gè)芯片面臨過大電流的沖擊，可能瞬間損壞芯片內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，如晶體管、線路等組件。

2. 介質(zhì)擊穿與絕緣電阻下降

• 離子型殘留物容易引發(fā)電遷移現(xiàn)象。電遷移是指在導(dǎo)體內(nèi)部，由于電流的作用，金屬離子發(fā)生定向移動(dòng)的現(xiàn)象。在芯片中，當(dāng)存在焊接殘留物時(shí)，這種遺跡產(chǎn)生的離子會(huì)在電場(chǎng)的作用下遷移，可能會(huì)破壞芯片內(nèi)不同介質(zhì)層或部件之間的絕緣性能。例如在芯片的層間絕緣結(jié)構(gòu)中，如果因?yàn)殡娺w移導(dǎo)致離子在絕緣層內(nèi)積聚，會(huì)使絕緣層的絕緣性能下降，容易發(fā)生介質(zhì)擊穿現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了芯片的可靠性與正常工作電壓范圍，可能導(dǎo)致芯片在正常工作電壓下就發(fā)生故障。

（二）熱性能方面

1. 熱阻增加問題

• 助焊劑留下的殘留物可能會(huì)覆蓋在芯片表面或者散熱通道上。比如在芯片的引腳與封裝外殼之間，如果有殘留物質(zhì)，會(huì)像隔熱層一樣阻礙熱量的傳導(dǎo)。這在芯片工作過程中產(chǎn)生熱量時(shí)，容易導(dǎo)致熱量無法有效地散發(fā)出去，使得芯片局部溫度升高。因?yàn)樾酒９ぷ鲿r(shí)溫度的穩(wěn)定性對(duì)于其性能和壽命非常關(guān)鍵，局部溫度過高可能會(huì)影響芯片內(nèi)部的電子遷移速度、晶體管的開關(guān)特性等，長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境，還會(huì)加速芯片內(nèi)部材料的老化進(jìn)程，減少芯片的使用壽命。

（三）外觀與可靠性方面

1. 外觀不良影響

• 焊接殘留物，特別是一些非極性污染物如松香等合成樹脂類物質(zhì)，會(huì)影響芯片和封裝體的外觀。例如其可能使芯片表面看起來有污漬、模糊等現(xiàn)象。在一些對(duì)外觀質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，如消費(fèi)電子類產(chǎn)品中的芯片封裝，外觀不良的芯片可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品整體外觀形象不佳，影響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2. 腐蝕風(fēng)險(xiǎn)與可靠性降低

• 殘留物含有成分可能對(duì)芯片本身或者封裝材料產(chǎn)生腐蝕危害。例如，助焊劑中的某些化學(xué)物質(zhì)在特定的環(huán)境條件下（如高濕度、高溫度或者存在其他化學(xué)物質(zhì)時(shí)），可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而腐蝕芯片的金屬引腳或者封裝外殼，導(dǎo)致封裝密封性下降，芯片與外界環(huán)境之間的隔離效果變差。這會(huì)進(jìn)一步使得芯片容易受到外界有害物質(zhì)的侵蝕，增加芯片出現(xiàn)故障的概率，降低芯片在整個(gè)使用周期內(nèi)的可靠性。

三、不清洗芯片封裝前焊接殘留物的后果

（一）短期后果

1. 電路直接損壞

• 如果不清洗芯片封裝前的焊接殘留物，如前所述的短路風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)在芯片加電瞬間或者很短時(shí)間內(nèi)就對(duì)芯片內(nèi)部電路產(chǎn)生破壞。電路中的某些關(guān)鍵部分，如很精細(xì)的集成電路線路、靈敏的晶體管等，會(huì)因?yàn)槌惺芰瞬粦?yīng)該出現(xiàn)的高電壓、大電流而被燒毀或者出現(xiàn)不可逆的物理損傷，使得芯片無法正常啟動(dòng)或者直接失效。

2. 性能異常

• 芯片可能出現(xiàn)各種性能方面的異常，如漏電問題會(huì)導(dǎo)致電路的實(shí)際功耗比設(shè)計(jì)值高，這可能反過來影響與芯片相連的其他電路組件，引發(fā)系統(tǒng)的電量消耗過快、電池續(xù)航能力下降等問題。還有可能影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，例如在數(shù)據(jù)高速傳輸線路中的芯片，如果因?yàn)楹附託埩粑镆鹦盘?hào)干擾等問題，會(huì)造成數(shù)據(jù)的誤碼、丟失等，使得芯片不能按照預(yù)定的功能準(zhǔn)確工作。

• 從熱性能角度看，短期內(nèi)不清理殘留物導(dǎo)致的局部高溫，會(huì)使芯片的散熱機(jī)制失效或者部分失效，芯片在短時(shí)間內(nèi)就可能出現(xiàn)工作頻率下降以降低熱量產(chǎn)生（這是芯片的一種自我保護(hù)機(jī)制），從而影響整個(gè)包含該芯片系統(tǒng)的工作效率。

（二）長(zhǎng)期后果

1. 可靠性與穩(wěn)定性降低

• 隨著時(shí)間的推移，未清洗的焊接殘留物持續(xù)存在所引起的腐蝕問題會(huì)逐漸加劇。芯片的金屬部分會(huì)慢慢被腐蝕，導(dǎo)致芯片引腳接觸不良，封裝材料的密封性越來越差，使得芯片更容易受到外界因素（如濕氣、灰塵等）的影響，內(nèi)部電路受潮、積灰等會(huì)進(jìn)一步引發(fā)更多的故障。而且，長(zhǎng)期的輕微漏電、局部高溫等問題會(huì)不斷累積對(duì)芯片內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)的損傷，使得芯片的可靠性大大降低，無法保證在正常的使用壽命內(nèi)穩(wěn)定工作。

2. 難以實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能與性能衰退

• 在長(zhǎng)期使用中，由于殘留物的影響，芯片會(huì)逐漸失去實(shí)現(xiàn)一些高級(jí)功能的能力。例如，在一些高精度的模擬芯片或者對(duì)信號(hào)完整性要求極高的數(shù)字芯片中，由于信號(hào)傳輸一直受到殘留物的干擾和傳輸線路絕緣性下降等問題的影響，芯片處理復(fù)雜信號(hào)或者實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算等高級(jí)功能的性能會(huì)逐漸衰退甚至完全喪失。這對(duì)于那些依賴高性能芯片的設(shè)備如高端服務(wù)器、精密醫(yī)療設(shè)備等而言，可能會(huì)產(chǎn)生致命的影響，如導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行精度降低、數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤等嚴(yán)重后果。

四、成功的芯片封裝清洗焊接殘留物案例

合明科技SIP系統(tǒng)級(jí)封裝清洗案例

1. 清洗劑與殘留物匹配性研究

• 合明科技在SIP系統(tǒng)級(jí)封裝清洗方面卓有成效。針對(duì)芯片焊接產(chǎn)生的各種焊劑或焊膏殘余物、污垢，會(huì)對(duì)焊接所用的焊膏和錫膏的可清洗性進(jìn)行水基清洗劑的選型和匹配。在常規(guī)工藝條件或者特定工藝條件下進(jìn)行測(cè)試，確保水基清洗劑能夠?qū)⒑竸┖秃父鄽堄辔锴宄瑥亩_(dá)到所需的干凈度要求，特別關(guān)注芯片底部、器件底部殘留物的清除狀況，只有將microgap（微觀間隙）的殘留物清除才可真正實(shí)現(xiàn)殘留物的完全清除而達(dá)到干凈度的高要求。例如在POP、SIP、IGBT、PCBA等器件的清洗中，通過這種精心匹配清洗劑和針對(duì)殘留物特點(diǎn)的清洗方式，成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接殘留物的徹底清除，確保了芯片封裝的質(zhì)量和性能穩(wěn)定，提高了半導(dǎo)體器件的品質(zhì)和高可靠性。

五、芯片封裝清洗焊接殘留物的技術(shù)方法

（一）化學(xué)溶劑清洗

1. 溶劑選擇與原理

• 常用的化學(xué)溶劑包括酒精、異丙醇等有機(jī)溶劑。這些溶劑可以溶解部分焊接殘留物，特別是像松香之類的非極性有機(jī)物。其原理是基于化學(xué)溶劑和殘留物之間相似相溶原理，油漆類物質(zhì)（如松香等樹脂成分）能較好地溶解在這些有機(jī)溶劑中。例如在清洗一些電子產(chǎn)品的芯片時(shí)，使用異丙醇可以有效去除殘留在芯片表面的松香助焊劑。

2. 清洗過程中的注意事項(xiàng)

• 在使用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗時(shí)，需要在通風(fēng)良好的環(huán)境中進(jìn)行。因?yàn)橛袡C(jī)溶劑大多具有揮發(fā)性，有些有機(jī)溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的氣體如果在密閉空間積聚，可能會(huì)引起爆炸或者對(duì)操作人員健康產(chǎn)生危害。同時(shí)，對(duì)溶劑的操作要嚴(yán)格按照安全操作規(guī)范，避免火源等危險(xiǎn)因素靠近清洗操作區(qū)域，避免清洗過程中有機(jī)溶劑濺到操作人員身上或者眼睛里。

（二）水基清洗劑清洗

1. 水基清洗劑的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

• 水基清洗劑以水為溶劑，其中添加了一定的表面活性劑、助劑等成分。水基清洗劑具有對(duì)環(huán)境相對(duì)友好的特點(diǎn)，不容易像有機(jī)溶劑一樣產(chǎn)生易燃易爆的危險(xiǎn)氣體。例如合明科技研發(fā)的中性水基清洗劑，其主要通過表面活性劑對(duì)焊接殘留的滲透和剝離作用，促使助焊劑或焊膏殘留從半導(dǎo)體器件表面脫落，溶解到溶劑或者水中，從而達(dá)到清洗目的。這種清洗劑能夠減少對(duì)芯片表面脆弱的功能材料（如鋁、銅、鉑、鎳等敏感金屬、油墨字符和特殊標(biāo)簽等）的損傷。

2. 清洗參數(shù)的設(shè)定于控制

• 在使用水基清洗劑清洗芯片時(shí)，需要對(duì)清洗參數(shù)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)定。如溫度、清洗劑濃度、清洗時(shí)間等參數(shù)都需要根據(jù)不同的芯片類型和焊接殘留物的情況進(jìn)行調(diào)整。例如對(duì)于某些特殊的芯片封裝結(jié)構(gòu)，可能需要較低的清洗溫度以避免對(duì)封裝材料造成影響；同時(shí)還要考慮水基清洗劑的清洗能力與殘留物的可清洗性之間的匹配程度，確保在預(yù)設(shè)的工藝條件下污垢能被清除干凈以達(dá)到首要的技術(shù)指標(biāo)。

（三）超聲波清洗

1. 清洗原理及效果

• 超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用。當(dāng)超聲波在含有芯片的清洗液中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量微小的空化泡。這些空化泡在瞬間破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部高溫、高壓以及強(qiáng)烈的微射流沖擊作用。這種沖擊力可以把芯片表面非常微小的、難以清洗的焊接殘留物震落下來，達(dá)到對(duì)芯片高精密清洗的效果。例如在對(duì)倒裝芯片封裝底部清洗時(shí)，通過超聲波真空噴流裝置，可以對(duì)倒裝芯片進(jìn)行超聲波真空噴流清洗，并且結(jié)合后續(xù)的化學(xué)噴洗或純水噴洗、除液風(fēng)切處理、純水噴洗和烘干處理等步驟，可以使得清洗后的倒裝芯片與基板間的污染在200X電子顯微鏡下觀察沒有殘留，離子污染度小于0.4μgpercm2，清洗效果顯著，潔凈效果優(yōu)良。

2. 可能存在的問題與限制

• 雖然超聲波清洗效果好，但也存在一些潛在問題。例如，如果超聲波功率過大或者清洗時(shí)間過長(zhǎng)，可能會(huì)對(duì)芯片造成損傷，特別是對(duì)芯片的焊點(diǎn)或者內(nèi)部結(jié)構(gòu)松動(dòng)等影響。而且對(duì)于一些表面安裝有易損組件（如細(xì)小脆弱的電極等）的芯片，超聲波的能量可能會(huì)破壞這些組件，所以在使用超聲波清洗時(shí)需要準(zhǔn)確控制功率、時(shí)間等參數(shù)以避免對(duì)芯片造成不必要的損害。

六、芯片封裝清洗焊接殘留物的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

（一）助焊劑殘留量標(biāo)準(zhǔn)

1. IPC - J - STD - 001E標(biāo)準(zhǔn)

• 在IPC - J - STD - 001E標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)助焊劑殘留三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定40μg/cm2。這一標(biāo)準(zhǔn)有助于確定芯片封裝過程中助焊劑殘留量的可接受程度。不同等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)于不同的電子產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)于一些高端、對(duì)可靠性要求極高的芯片封裝（如航空航天、高端醫(yī)療設(shè)備中的芯片），往往需要更嚴(yán)格的助焊劑殘留控制接近更低的數(shù)值；而一些普通消費(fèi)類電子產(chǎn)品可能在滿足40μg/cm2標(biāo)準(zhǔn)下就能保證正常的使用和一定的可靠性。

2. 離子污染物含量標(biāo)準(zhǔn)

• 根據(jù)行業(yè)內(nèi)部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如對(duì)于離子污染物含量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定≤1.5（Nacl）μg/cm2，萃取溶液電阻率2×10?Ω·cm。常用的離子污染物要求大約≤0.2（Nacl）μg/cm2。這些離子污染物含量的標(biāo)準(zhǔn)是基于離子污染物對(duì)芯片電氣性能影響（如前面提到的漏電、介質(zhì)擊穿等方面的影響）而制定的。嚴(yán)格控制離子污染物含量可以保證芯片封裝后的電氣絕緣性能、信號(hào)傳輸準(zhǔn)確性等重要指標(biāo)，確保芯片能夠在預(yù)期的工作環(huán)境下穩(wěn)定可靠地工作。