于運友

（中山教育科技股份有限公司，廣東中山，528400）

0 引言

焊膏回流焊工藝廣泛應(yīng)用于混合集成電路以及單片集成電路的制造中[1,2]。在回流焊過程中，焊膏中揮發(fā)出來的助焊劑，極有可能附著于器件焊盤等關(guān)鍵區(qū)域，嚴重影響引線鍵合質(zhì)量及器件電學性能，因此需要在回流焊后采用有效的清洗措施去除附著于基板、固化后焊膏及器件表面上的助焊劑[3,4]。光隔離型點火電路廣泛應(yīng)用于航空航天等專用軍事裝備中，起著無可替代的作用[5]。本文以光隔離點火電路為例，首先通過鏡檢及裸露焊盤引線拉力來對比A、B兩種不同組分的清洗液（A：三氯三氟乙烷：異丙醇=65∶35（體積比）；B：丙酮）對助焊劑的清洗效果。然后驗證普通的手工刷洗方法與帶超聲刷洗方法是否存在差異。

1 試驗過程

每只光隔離點火電路中的核心器件包括光電池（TLP3914，4個）、 運 放（LM124，1個）、 功 率MOSFET（IRFC1B60L ，4個）。選擇電特性符合電參數(shù)指標要求且結(jié)構(gòu)完好的光電池、運放、MOS芯片，外殼采用10#鋼材質(zhì)的管殼BOX2520–12P。陶瓷基板型號為vicon5374。混合電路裝配所需要的設(shè)備包括：高溫烘箱、回流焊鏈式爐、電爐。將所準備的36只光電池和36只MOS芯片，各分為9組，4個為一組與1塊陶瓷基板焊接。粘接的順序為：①管殼涂覆焊膏，陶瓷基板對準并垂直按壓入管殼中（焊膏不能外溢到基板上表面），完成基板粘接→②陶瓷基板上的MOS芯片背電極焊接處涂覆焊膏（焊膏種類與管殼涂覆焊膏種類相同），完成MOS芯片粘接（焊膏不能外溢到MOS芯片表面及焊盤外部）→③光電池電極焊接處涂覆焊膏（焊膏種類與管殼涂覆焊膏種類相同），完成光電池粘接（保證光電池輸入、輸出同側(cè)兩電極間的焊膏間間距充分）。運放固化采用84–3J絕緣膠，固化溫度為180℃，固化時間為40min，焊膏采用Sn62Pb36Ag2，其共晶溫度為179℃。將點火電路管殼背面進行激光打印。1#、2#、3#采用三氯三氟乙烷+異丙醇清洗液手動清洗；4#、5#、6#采用丙酮清洗液手動清洗；7#、8#、9#采用第二組采用采用三氯三氟乙烷+異丙醇清洗液超聲清洗?；亓骱腹卜譃?個溫區(qū)，溫區(qū)1設(shè)置溫度為120℃，溫區(qū)2設(shè)置溫度為150℃，溫區(qū)3設(shè)置溫度為190℃，溫區(qū)4設(shè)置溫度為200℃，溫區(qū)5設(shè)置溫度為260℃，溫區(qū)6設(shè)置溫度為160℃。網(wǎng)鏈速度為25cm/min。三種清洗方案分別為：

方案一：采用三氯三氟乙烷（CFC–113，沸點為47.57℃）和異丙醇（IPA，沸點為82.45℃）的混合試劑清洗兩遍，再用無水乙醇漂洗三遍的方法。工藝為：按體積比65∶35，利用有刻度的潔凈量筒或燒杯配制三氯三氟乙烷和異丙醇的混合試劑。首先采用加熱臺將清洗劑加熱至40℃，在把待洗器件或電路在混合液中浸泡3分鐘，以混合液沒過待清洗的器件為宜，然后用軟毛毛筆（切勿采用牙刷）刷洗1分鐘?；旌弦呵逑赐戤吅?，在潔凈的器皿中，利用無水乙醇漂洗器件或電路3遍，每遍為3–5分鐘，無水乙醇的溫度以40℃為宜。在器件或電路進行下一工藝步驟開始前需要保存在無水乙醇中保存。

方案二：具體工藝為將方案一中的混合清洗液更換為丙酮，漂洗液仍為無水乙醇。操作方法與方案一相同。

方案三：把丙酮倒入超聲波清洗機的清洗槽中，清洗劑液面需要沒過載物架5cm，把待洗電路管殼開口向下放在清洗槽內(nèi)的載物架上（兩只放在載物架的中心位置處，兩只放在載物架的邊緣位置處），浸泡5min。設(shè)置超聲清洗機的溫度為40℃，功率為100W，超聲頻率為40kHz。蓋上槽蓋加熱，待清洗劑溫度達到40℃時，首先在40℃的環(huán)保清洗劑中浸泡電路5min，然后進行超聲清洗，超聲清洗時間為5min。超聲清洗結(jié)束后，在潔凈的器皿中，利用無水乙醇漂洗電路3遍，每遍為3–5分鐘，無水乙醇的溫度為40℃，在烘箱中烘干。

2 結(jié)果分析

在做拉力之前首先對9只點火電路進行老化后的電參數(shù)測試，其中利用丙酮試劑手動清洗中的三只點火電路中，出現(xiàn)一只點火電路電參數(shù)異常，飽和壓降較高，漏電較大，功率MOS場效應(yīng)晶體管不能有效開啟，不滿足電參數(shù)要求。開帽后對9只點火電路在顯微鏡下進行觀察分析，所有點火電路表面無異常。用針輕觸丙酮試劑手動清洗中電參數(shù)異常的點火電路陶瓷基板上30μm的引線鍵合點頸部，發(fā)現(xiàn)其基板上焊點呈搭接狀，鍵合強度差。

對于采用三種不同清洗方法得到的9只點火電路，對各只點火電路的引線逐一進行拉力測試，拉力測試完成后，進行點火電路中光電池、運放、功率MOSFET芯片的剪切力測試。在拉力的測試過程中，所出現(xiàn)的現(xiàn)象包括：①板脫鍵：基板側(cè)引線脫鍵；②中間斷：引線中間斷；③基板斷：靠近基板鍵合點位置處的引線斷；④芯側(cè)斷：靠近芯片鍵合點位置處的引線斷；⑤腿側(cè)斷：靠近管殼內(nèi)引線柱鍵合點位置處的引線斷；⑥腿脫鍵：管殼內(nèi)引線柱釘頭引線脫鍵。其中30μm引線（點火電路中最細的引線，30μm鋁引線拉力合格判據(jù)>2g）的拉力情況可最有效的反映清洗效果，本文以30μm引線的拉力值作為清洗效果評價的依據(jù)。

對于采用三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑手動清洗的三只點火電路，30μm引線拉力（取相同位置處引線拉力的平均值）分別為：11.699g（板脫鍵）、9.588g（板脫鍵）、12.553g（沒脫鍵）、12.501g（沒脫鍵）、6.822g（板脫鍵）、12.027g（沒脫鍵）、10.497g（板脫鍵）、8.550g（板脫鍵）、8.198g（板脫鍵）、11.922g（板脫鍵）、13.024g（板脫鍵）、11.619g（沒脫鍵）、9.267g（板脫鍵）、11.743g（板脫鍵）。拉力平均值為10.715g，脫鍵情況所占比例為71.42%。

對于采用丙酮試劑手動清洗的三只點火電路，30μm引線拉力分別為：5.490g（板脫鍵）、10.934g（沒脫鍵）、8.091g（板脫鍵）、9.605g（板脫鍵）、9.322g（板脫鍵）、10.558g（板脫鍵）、5.568g（板脫鍵）、6.623g（板脫鍵）、5.438g（板脫鍵）、7.674g（板脫鍵）、9.291g（板脫鍵）、6.622g（板脫鍵）、7.075g（板脫鍵）、7.371g（板脫鍵）。拉力平均值為7.833g，脫鍵情況所占比例為92.85%。

對于采用丙酮試劑手動清洗的三只點火電路，30μm引線拉力分別為：13.352g（沒脫鍵）、10.048g（板脫鍵）、12.104g（沒脫鍵）、11.715g（板脫鍵）、11.526g（沒脫鍵）、11.208g（沒脫鍵）、15.411g（沒脫鍵）、11.056g（沒脫鍵）、12.801g（沒脫鍵）、12.086g（板脫鍵）、14.015g（沒脫鍵）、10.585g（板脫鍵）、12.679g（沒脫鍵）、10.544g（板脫鍵）。拉力平均值為12.08g，脫鍵情況所占比例為35.71%。

由上述30μm引線拉力數(shù)據(jù)對比可知：在分別采用三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑手動清洗的三只點火電路和丙酮試劑手動清洗的三只點火電路（其它工藝相同），采用三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑手動清洗的三只點火電路的30μm引線拉力平均值明顯高于丙酮試劑手動清洗的三只點火電路拉力平均值，采用三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑手動清洗的三只點火電路的30μm引線脫鍵比例明顯低于丙酮試劑手動清洗的三只點火電路拉力脫鍵比例。在一定程度上表明在采用手動清洗時，三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑的清洗效果更好。在分別采用手動清洗和超聲清洗兩種方法清洗點火電路時，采用超聲清洗方法對應(yīng)的30μm引線拉力平均值顯著高于采用手動清洗方法所對應(yīng)的30μm引線拉力的平均值，采用超聲清洗方法對應(yīng)的30μm引線脫鍵比例顯著低于采用手動清洗方法所對應(yīng)的30μm引線脫鍵比例。表明超聲清洗相比于手動清洗對于點火電路的清洗效果更好。而且采用丙酮試劑超聲清洗工藝的清洗效果明顯優(yōu)于采用三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑手動清洗的清洗效果。表明相比于試劑種類（三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑或丙酮），清洗方法（手動或超聲）是影響清洗效果的關(guān)鍵因素。在點火電路陶瓷基板的清洗工藝中推薦選擇超聲清洗方法。通過優(yōu)化超聲功率和試劑溫度，可以達到較好的清洗效果。

3 結(jié)論

本文以光隔離點火電路為研究對象，首先通過鏡檢及裸露焊盤引線拉力來對比不同組分的清洗液對助焊劑的清洗效果。然后驗證普通的手工刷洗方法與帶超聲刷洗方法是否存在差異。試驗結(jié)果表明：采用丙酮試劑超聲清洗工藝的清洗效果明顯優(yōu)于采用三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑手動清洗的清洗效果。相比于試劑種類（三氯三氟乙烷和異丙醇混合試劑或丙酮），清洗方法（手動或超聲）是影響清洗效果的關(guān)鍵因素。通過優(yōu)化超聲功率和試劑溫度，可以達到較好的清洗效果。