水基清洗劑在攝像頭模組清洗中的應(yīng)用

1、水基清洗劑在攝像頭模組清洗中的應(yīng)用工藝制程及案例分析,主講人：IPC TGAsia 5-31 CN技術(shù)組主席 王璉,,,攝像頭模組的應(yīng)用領(lǐng)域,攝像頭模組的構(gòu)造,攝像頭模組主要由鏡頭、傳感器Sensor、后端圖像處理芯片、軟板四個部分組成。模組是影像捕捉至關(guān)重要的電子器件，器件的潔凈決定了模組使用的效果。在生產(chǎn)裝置過程中對元件清潔方面的要求很高。,感知與處理的信號更加微弱與靈敏。這就要求更小的背景“噪聲”，更為潔凈的PCB； 工作頻

2、率更高，帶寬更寬。也就要求電路環(huán)境的更高的一致性，更少的引起干擾的異物；更輕、更小的元件，如0201以至更小的chip元件的引入更高的組裝密度，如元件間距小于0.2mm;結(jié)構(gòu)不同、焊點清洗部位隱蔽的新型器件如：microBGAs、Flip-Chips等的引入更高的耐（電）壓趨勢更惡劣的工作環(huán)境的適應(yīng)性等等,攝像頭模組發(fā)展的結(jié)構(gòu)特點,相應(yīng)清洗工藝需求,選擇與使用焊劑匹配的清洗劑清洗劑能適應(yīng)不同情況，不會因生產(chǎn)工藝微小的改變而無

3、法適應(yīng)要求清洗劑粘度低，流動性好，以適應(yīng)微細間隙部分的清洗清洗劑提供商有足夠的技術(shù)儲備，能提供強大的技術(shù)支持低成本,勝任高精、高密、組裝有microBGAs、Flip-Chips等高新元器件的高潔凈清洗無毒、低毒、防火、防爆溶劑內(nèi)循環(huán)，低排污參數(shù)自控，特別是潔凈度自控,在清洗劑方面的需求,在工藝和設(shè)備上的需求,相應(yīng)清洗工藝需求,溶劑型清洗劑水洗錫膏,相對于傳統(tǒng)溶劑型清洗劑，水基清洗優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：,使用安全，無閃點

4、；無毒，對人體危害??；清洗壽命長，相對成本低；能徹底有效去除各種殘留物，滿足高精、高密、高潔凈清洗要求； 殘留物如：免洗錫膏殘留、助焊劑殘留、極性污染物、非極性污染物、離子污染物、灰塵、 手印、油污，以及溶劑型清洗劑無法去除的金屬氧化層（見圖1）。,,,圖1 清洗前氧化層氧化層,圖2 清洗后,,,水溶性錫膏 使用工藝缺陷：相對腐蝕性更大；生產(chǎn)廠家少，選擇性小；價格貴，成本高。,環(huán)保型清洗

5、工藝,,,APL總部,安 全,高效、高規(guī)格、環(huán)保安全的水基清洗工藝是最理想的選擇，也是未來清洗業(yè)的發(fā)展方向和必經(jīng)之路。,水基清洗工藝,水基清洗工藝簡介,,PCBA生產(chǎn)制造用到的清洗工藝中，對于不同級別要求的產(chǎn)品，采用的助焊劑以及經(jīng)過的工序的差別，需采用的清洗工藝和設(shè)備也有所不同。 目前水基清洗劑應(yīng)用在PCBA清洗工藝中，比較常見的清洗工藝有以下幾種：,PCBA清洗工藝,批量清洗工藝,在線式清洗工藝,,,,,,,,,PCB

6、A在線清洗工藝剖面圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,預(yù)洗滌,循環(huán)洗滌,循環(huán)沖洗,化學隔離,最終沖洗,#1干燥段,#2紅外線干燥段,,,,,,,,,在線PCBA清洗過程的典型階段,在線清洗工藝,超聲波清洗工藝流程,批量清洗工藝,干燥槽 風切或熱風,,清洗槽 清洗劑清洗（一次或多次）,漂洗槽 去離子水漂洗（一次或多次）,下 料,上 料,,,,超聲波清洗工藝特點,一個或多個腔體內(nèi)完成水基

7、清洗、水基漂洗、烘干全部工序；可用于清洗托高高度低，底部間隙狹小的組裝結(jié)構(gòu);清洗在超聲波的有效性最佳溫度附近效果最佳化。,超聲波清洗機,PCBA放入清洗籃,案例分享,案例1：鍍金焊盤出現(xiàn)白斑、白點,案例2：漏電與白斑,案例3：焊點間出現(xiàn)發(fā)白,案例4：電遷移,案例5：焊點腐蝕,案例6：油點現(xiàn)象,案例7：碳膜和油墨起泡、脫落,案例8：鍍金焊盤變色,案例9：Partical清洗,案例1：鍍金焊盤出現(xiàn)白斑、白點,清洗某款PCBA回流焊后的免

8、洗錫膏殘留，清洗工藝為：,,,,,圖1 PCBA清洗前,圖2 錫膏殘留完全去除,,,,圖3 洗后金手指發(fā)白,圖4 洗后金手指發(fā)白,超聲波清洗50℃/10min（2槽）超聲波漂洗50℃/10min（2槽）110 ℃下烘20min。,清洗后，免洗錫膏殘留物已完全清洗干凈（見圖1、圖2），但鍍金焊盤出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象（見圖3、圖4）。,在清洗過程中，同時具備原電池和電解池發(fā)生的條件。PCBA中焊接的元器件剛好為電容。原電池產(chǎn)生的低電壓為電容

9、的放電形成條件。電容放電，為電解池的發(fā)生提供了外加電源。這也解釋了發(fā)白現(xiàn)象只出現(xiàn)在電容連接的幾個鍍金焊盤的原因。 在溶液中，Sn2+定向移動到鍍金端，發(fā)生還原反應(yīng)，二價錫還原成金屬錫從而覆蓋在鍍金表面。同時，電容放電也是短暫的。因此清洗時間短可以減少此現(xiàn)象發(fā)生。,原因分析：經(jīng)檢測發(fā)白的焊盤上主要成分為錫。且出現(xiàn)白色不良現(xiàn)象的點存在規(guī)律性，基本為與電容元器件相連的三點或其中，詳見右圖。,案例1：鍍金焊盤出現(xiàn)白斑、白點,案例

10、2：漏電與白斑,在體式顯微鏡下對樣品失效位置進行外觀檢查及電測發(fā)現(xiàn)：客戶反饋的失效點（A，B）之間的絕緣電阻值在45K Ω左右，失效區(qū)域的相鄰導線之間的板面上存在多處明顯白斑；而良品相同點之間的絕緣電阻值大于1010 Ω，板面未發(fā)現(xiàn)存在明顯的白斑異常現(xiàn)象。經(jīng)過正常清洗之后，PCBA板面焊盤周圍無可見Flux殘留物，白斑區(qū)域是在產(chǎn)品組裝并使用一段時間之后才逐漸顯現(xiàn)，用溶劑清洗不掉。,,,錫珠,圖1 PCBA清洗前,圖2 PCBA清洗后,圖

11、3 出現(xiàn)白斑區(qū)域,,原因分析：導線之間的金屬遷移是導致失效品微漏電的主要原因。當PCB板在阻焊膜印制前的處理工序中由于清洗不凈而造成局部區(qū)域處理液殘留時，會造成該處基材與阻焊膜之間結(jié)合不良而生成板面外觀上的白斑。產(chǎn)品組裝并使用時，相鄰導線在偏壓影響下，白斑區(qū)域的板面上會逐漸發(fā)生金屬離子性物質(zhì)的遷移，并在板面上出現(xiàn)樹枝狀鹽類沉積物并不斷蔓延伸展，導致相鄰導線之間的絕緣電阻值降低甚至短路。,案例2：漏電與白斑,,,金屬遷移,Ni,Cu,C,

12、O,Br,Au,案例3：焊點間出現(xiàn)發(fā)白,問題反饋：PCB過SMT，經(jīng)過水基清洗工藝，免洗錫膏殘留可完全去除，但焊點之間會出現(xiàn)發(fā)白，且清 洗時間越長，發(fā)白現(xiàn)象越嚴重。（發(fā)白現(xiàn)象如圖）,,圖1：清洗前,圖2：清洗20min后,圖3：清洗40min后,圖4：調(diào)整清洗液清洗15min后,原因分析：焊盤周圍的阻焊膜與所選清洗液出現(xiàn)不兼容，調(diào)整清洗液后采用相同的清洗工藝，可達到理想的清洗效果，如圖4 。,白斑,白斑,案例4

13、：電遷移,枝晶產(chǎn)生的前提是金屬發(fā)生了腐蝕，并存在電場的影響。而Ag、Pb、Zn等金屬易于腐蝕，且在空氣中氧化腐蝕反應(yīng)的電極電位差小，可逆反應(yīng)的吉布斯自由能較小導致電遷移非常容易發(fā)生，因而銀的電遷移與枝晶的生長最容易發(fā)生。電遷移失效的PCBA在進行必要的情洗后功能常?；謴?fù)正常。,圖1 銀遷移的光學照片,圖2 銀遷移的電子顯微鏡照片,圖3 典型的鉛枝晶照片,圖4 典型的銀枝晶照片,電遷移發(fā)生示意圖 M表示金屬,案例5：焊點腐蝕

14、,無鉛化后，增加助焊劑活性物質(zhì)含量以提升助焊性能成了業(yè)內(nèi)首選，而這些活性物質(zhì)往往具有較強的腐蝕性，若焊接工藝配合不當，殘留在焊點周圍或線路板上的殘留物，常常會導致腐蝕和電遷移等問題。典型的腐蝕失效往往發(fā)生在產(chǎn)品交付使用半年后，腐蝕的速率與周圍的環(huán)境有很密切的關(guān)系。,外觀檢查,C,Cu,Ag,Sn,Co,相關(guān)圖片：,問題反饋：FPC清洗后有水漬現(xiàn)象，實際測量部分水漬的尺寸，最大的為0.3~0.4mm,一般尺寸 在0

15、.1~0.2mm左右，不良率達80%以上。,案例6：油點現(xiàn)象,槽1: 堿性水基清洗劑360W超聲波20min(加熱50℃+汽泡),槽2: 汽泡漂洗15min,槽3: 汽泡漂洗超聲波360W/15min,,熱風吹干6min,,,,烘烤120℃/15min,槽4: 汽泡漂洗15min,,清洗條件:,經(jīng)過一系列的實驗分析，最終找出原因所在及相應(yīng)的解決方案：PCBA清洗之后，溶解的錫膏殘留物懸浮在清洗液中，其活性劑物質(zhì)接觸到某

16、些特殊材質(zhì)的油墨，容易產(chǎn)生吸附，從而在PCBA上形成類似水漬的油點。,案例6：油點現(xiàn)象,清洗工藝,案例7：碳膜和油墨起泡、脫落,圖1： PCB過SMT后未清洗,圖2： 清洗前碳膜×40倍,,圖3 ：清洗10min后碳膜起泡,圖4：清洗20min后碳膜起泡、脫落,,,FPC過SMT之后，對免洗錫膏殘留物進行清洗，采用堿性水基清洗劑，超聲波頻率為28KHZ，清洗工藝為：,槽1:清洗劑360W超聲波+加熱50℃/10min槽2:清

17、洗劑360W超聲波+加熱50℃/10min槽3:清水360W超聲波+加熱50℃漂洗15min槽4:清水360W超聲波15min110 ℃下烘20min。,清洗10min后，碳膜開始出現(xiàn)起泡，清洗時間越長，碳膜起泡脫落越嚴重。另外板面的印字油墨也被清洗掉。,免洗錫膏等殘留物能達到理想的清洗效果，如圖5；FPC制作所用碳膜和油墨屬敏感材質(zhì)，部分碳膜和油墨易脫落（圖3、圖7），部分油墨不易脫落（圖8、9）；所選清洗劑及清洗工藝不十分

18、匹配，清洗劑與FPC所用材質(zhì)不兼容。,,,圖8：FPC清洗之前,圖7：清洗后印字消失,,,圖9：FPC清洗后油墨無變化,圖6：FPC過SMT未清洗,圖5 焊盤清洗效果,原因分析:,案例7：碳膜和油墨起泡、脫落,,,案例8：鍍金焊盤變色,問題反饋：FPC板過SMT及清洗工藝之后，鍍金焊盤出現(xiàn)變色，導致COB金線容易斷，綁定不上。清洗工藝：,,,,,超聲波清洗50℃ 15min,超聲波漂洗2次常溫 15min/次,干燥槽 風

19、切或熱風,100 ℃烘20min,,發(fā)黃,,,案例8：鍍金焊盤變色,Equipment : XPS - PHI Quantera ll , EDS – Horiba. Checked Redish pad and Normal pad with XPS and EDS,通過XPS和EDS檢測，變色焊盤上附著物均為C、N、O、Si等有機物。,案例8：鍍金焊盤變色,鍍金焊盤變色原因分析：FPC板（裸板、過SMT打件為清洗板、及清洗后已出

20、現(xiàn)發(fā)黃的板）鍍金焊盤上均有不同程度的發(fā)黃現(xiàn)象，而發(fā)黃的焊盤較多的分布在對角區(qū)域，較少的分布在其他區(qū)域，見圖1、2。引起焊盤發(fā)黃的原因有兩個方面。其一可能是由FPC在印制阻焊膜后的清洗工序中，殘留物未完全清洗干凈；其二可能是所用錫膏活性太強；焊盤發(fā)黃是由FPC殘留液或錫膏殘留物，與堿性清洗劑產(chǎn)生反應(yīng)，附著在鍍金焊盤上致使其發(fā)黃變色。FPC板烘干時間越太長，鍍金焊盤容易出現(xiàn)發(fā)黃。,圖1變色區(qū)域1,圖2 變色區(qū)域2,案例9：Partic

21、al清洗,COB綁定后，為保障攝像頭模組的高品質(zhì)拍攝功效，需要對晶片表面殘留的靜電、污垢及金屬離子、灰塵等污染物進行清洗，傳統(tǒng)的溶劑型清洗工藝，所采用的清洗劑價格十分昂貴，清洗工藝復(fù)雜。相對于溶劑型清洗工藝，水基清洗工藝不僅大大的簡化了清洗工藝，減低了清洗成本，其對靜電、灰塵、金屬離子等Partical清洗率可高達95%以上 ，清洗效果圖如下。,圖2 鏡片清洗前,圖3 鏡片清洗前,圖4 水基清洗工藝后,圖1 攝像頭模組,,,,,

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