水基清洗剂在摄像头模组清洗中的应用1

1、水基清洗剂在摄像头模组清洗中的应用 工艺制程及案例分析 主讲人：主讲人：IPC TGAsia 5-31 CN技术组主席技术组主席 王琏王琏 摄像头模组的应用领域 摄像头模组的构造 摄像头模组主要由镜头、传感器Sensor、后端图像处理芯片、软板四个部 分组成。模组是影像捕捉至关重要的电子器件，器件的洁净决定了模组使用的效 果。在生产装置过程中对元件清洁方面的要求很高。 l感知与处理的信号更加微弱与灵敏。这就要求更小的背景“噪声”，更为洁净的PCB； l 工作频率更高，带宽更宽。也就要求电路环境的更高的一致性，更少的引起干扰的异物； l更轻、更小的元件，如0201以至更小的chip元件的引入 l

2、更高的组装密度，如元件间距小于0.2mm; l结构不同、焊点清洗部位隐蔽的新型器件如：microBGAs、Flip-Chips等的引入 l更高的耐（电）压趋势 l更恶劣的工作环境的适应性等等 摄像头模组发展的结构特点 相应清洗工艺需求 l选择与使用焊剂匹配的清洗剂 l清洗剂能适应不同情况，不会因生产工艺微小的改变而无法适应 l要求清洗剂粘度低，流动性好，以适应微细间隙部分的清洗 l清洗剂提供商有足够的技术储备，能提供强大的技术支持 l低成本 l胜任高精、高密、组装有microBGAs、Flip-Chips等高新元器件的高洁净清洗 l无毒、低毒、防火、防爆 l溶剂内循环，低排污 l参数自控，特别

3、是洁净度自控 在清洗剂方面的需求 在工艺和设备上的需求 相应清洗工艺需求 l溶剂型清洗剂溶剂型清洗剂 l水洗锡膏水洗锡膏 相对于传统溶剂型清洗剂，水基清洗优势体现在以下几个方面：相对于传统溶剂型清洗剂，水基清洗优势体现在以下几个方面： l使用安全，无闪点； l无毒，对人体危害小； l清洗寿命长，相对成本低； l能彻底有效去除各种残留物，满足高精、高密、高洁净清洗要求； 残留物如：免洗锡膏残留、助焊剂残留、极性污染物、非极性污染物、离子污染物、灰尘、 手印、油污，以及溶剂型清洗剂无法去除的金属氧化层金属氧化层（见图1）。 图图1 清洗前氧化层氧化层清洗前氧化层氧化层 图图2 清洗后清洗后 水溶性

4、锡膏水溶性锡膏 使用工艺缺陷：使用工艺缺陷： l相对腐蚀性更大； l生产厂家少，选择性小； l价格贵，成本高。 环保型清洗工艺 APL总 部 高 效 能 环 保 低 成 本 安 全 高效、高规格、环保安全的水基清洗工艺是最理想的 选择，也是未来清洗业的发展方向和必经之路。 水基清洗工艺简介 PCBA生产制造用到的清洗工艺中，对于不同级别要求的产品，采用的助焊剂以及经过 的工序的差别，需采用的清洗工艺和设备也有所不同。 目前水基清洗剂应用在PCBA清洗工艺中，比较常见的清洗工艺有以下几种： PCBA清洗工艺 l 批量清洗工艺 l 在线式清洗工艺 PCBA在线清洗工艺剖面图 预洗涤预洗涤循环洗涤循

5、环洗涤 循环冲洗循环冲洗化学隔离化学隔离 最终冲洗最终冲洗#1#1干燥段干燥段#2#2红外线干燥红外线干燥段段 在线PCBA清洗过程的典型阶段 在线清洗工艺 超声波清洗工艺流程 批量清洗工艺 干燥槽干燥槽 风切或热风风切或热风 清洗槽清洗槽 清洗剂清洗清洗剂清洗 （一次或多次）（一次或多次） 漂洗槽漂洗槽 去离子水漂洗去离子水漂洗 （一次或多次）（一次或多次） 下下 料料 上上 料料 超声波清洗工艺特点 u一个或多个腔体内完成水基清洗、水基漂洗、烘干 全部工序； u可用于清洗托高高度低，底部间隙狭小的组装结构; u清洗在超声波的有效性最佳温度附近效果最佳化。 案例分享 n案例1：镀金焊盘出现白

6、斑、白点 n案例2：漏电与白斑 n案例3：焊点间出现发白 n案例4：电迁移 n案例5：焊点腐蚀 n案例6：油点现象 n案例7：碳膜和油墨起泡、脱落 n案例8：镀金焊盘变色 n案例9：Partical清洗 案例1：镀金焊盘出现白斑、白点 清洗某款PCBA回流焊后的免洗锡膏 残留，清洗工艺为： 图1 PCBA清洗前图2 锡膏残留完全去除 图3 洗后金手指发白图4 洗后金手指发白 超声波清洗超声波清洗50/10min50/10min（2 2槽）槽） 超超声声波波漂洗漂洗50/10min50/10min（2 2槽）槽） 110 110 下烘下烘20min20min。 清洗后，免洗锡膏残留物已完全清 洗

7、干净（见图1、图2），但镀金焊 盘出现发白现象（见图3、图4）。 在清洗过程中，同时具备原电池和电解池发生的条件。PCBA 中焊接的元器件刚好为电容。原电池产生的低电压为电容的放电 形成条件。电容放电，为电解池的发生提供了外加电源。这也解 释了发白现象只出现在电容连接的几个镀金焊盘的原因。 在溶液中，Sn2+定向移动到镀金端，发生还原反应，二价 锡还原成金属锡从而覆盖在镀金表面。同时，电容放电也是短暂 的。因此清洗时间短可以减少此现象发生。 正极正极 锡锡 镀金镀金 Sn2+ 电解质电解质 负极负极 e- 原因分析：原因分析：经检测发白的焊盘上主要成分为锡。且出现白色不良 现象的点存在规律性，

8、基本为与电容元器件相连的三点或其中， 详见右图。 案例1：镀金焊盘出现白斑、白点 案例2：漏电与白斑 在体式显微镜下对样品失效位置进行外观检查及电测发现：客户反馈的失效点（A，B）之 间的绝缘电阻值在45K 左右，失效区域的相邻导线之间的板面上存在多处明显白斑；而良品相 同点之间的绝缘电阻值大于1010 ，板面未发现存在明显的白斑异常现象。经过正常清洗之后，经过正常清洗之后， PCBA板面焊盘周围无可见板面焊盘周围无可见Flux残留物，白斑区域是在产品组装并使用一段时间之后才逐渐显残留物，白斑区域是在产品组装并使用一段时间之后才逐渐显 现，用溶剂清洗不掉。现，用溶剂清洗不掉。 白斑白斑 锡珠锡

9、珠 图1 PCBA清洗前图2 PCBA清洗后 图3 出现白斑区域 原因分析原因分析：导线之间的金属迁移是导致失效品微漏电的主要原因。当PCB板在阻焊膜印制前的处理 工序中由于清洗不净而造成局部区域处理液残留时，会造成该处基材与阻焊膜之间结合不良而生成 板面外观上的白斑。产品组装并使用时，相邻导线在偏压影响下，白斑区域的板面上会逐渐发生金 属离子性物质的迁移，并在板面上出现树枝状盐类沉积物并不断蔓延伸展，导致相邻导线之间的绝 缘电阻值降低甚至短路。 案例2：漏电与白斑 金属迁移金属迁移 Ni Cu C O BrAu 案例3：焊点间出现发白 问题反馈问题反馈：PCB过SMT，经过水基清洗工艺，免洗

10、锡膏残留可完全去除，但焊点之间会出现发白，且清 洗时间越长，发白现象越严重。（发白现象如图） 图图1：清洗前：清洗前图图2：清洗：清洗20min后后 图图3：清洗：清洗40min后后 图图4：调整清洗液清洗：调整清洗液清洗15min后后 原因分析：原因分析：焊盘周围的阻焊膜与所选清 洗液出现不兼容，调整清洗液后采用相 同的清洗工艺，可达到理想的清洗效果， 如图4 。 白斑白斑 白斑白斑 案例4：电迁移 枝晶产生的前提是金属发生了腐蚀，并存在电场的影响。而Ag、Pb、Zn等金属易于腐蚀，且在空气 中氧化腐蚀反应的电极电位差小，可逆反应的吉布斯自由能较小导致电迁移非常容易发生，因而银的 电迁移与枝

11、晶的生长最容易发生。电迁移失效的PCBA在进行必要的情洗后功能 常常恢复正常。 图1 银迁移的光学照片图2 银迁移的电子显微镜照片 图3 典型的铅枝晶照片 图4 典型的银枝晶照片 【H2O/H+/Cl-】 M-ne =Mn+ 阴极（或低电位）Mn+ M（O,OH) 电迁移发生示意图 M表示金属 案例5：焊点腐蚀 无铅化后，增加助焊剂活性物质含量以提升助焊性能成了业内首选，而这些活性物质往往具有较强 的腐蚀性，若焊接工艺配合不当，残留在焊点周围或线路板上的残留物，常常会导致腐蚀和电迁移等问 题。典型的腐蚀失效往往发生在产品交付使用半年后，腐蚀的速率与周围的环境有很密切的关系。 外观检查外观检查

12、C Cu Ag Sn Co 相关图片：相关图片： 问题反馈问题反馈：FPC清洗后有水渍现象，实际测量部分水渍的尺寸，最大的为0.30.4mm,一般尺寸 在0.10.2mm左右，不良率达80%以上。 案例6：油点现象 槽槽1: 碱性水基清洗剂 360W超声波20min(加热50+汽泡) 槽槽2: 汽泡漂洗15min 槽槽3: 汽泡漂洗 超声波360W/15min 热风吹干6min 烘烤120/15min 槽槽4: 汽泡漂洗15min 清洗條件清洗條件: 经过一系列的实验分析，最终找出原因所在及相应的解决方案： PCBA清洗之后，溶解的锡膏残留物悬浮在清洗液中，其活性剂物质接触到某些特 殊材质的油

13、墨，容易产生吸附，从而在PCBA上形成类似水渍的油点。 案例6：油点现象 清洗工艺 案例7：碳膜和油墨起泡、脱落 图1： PCB过SMT后未清洗 图2： 清洗前碳膜40倍 图3 ：清洗10min后碳膜起泡 图4：清洗20min后碳膜起泡、脱落 FPCFPC过过SMTSMT之后，对免洗锡膏残留物进行之后，对免洗锡膏残留物进行 清洗，采用碱性水基清洗剂，超声波频清洗，采用碱性水基清洗剂，超声波频 率为率为28KHZ28KHZ，清洗工艺为：，清洗工艺为： 槽1:清洗剂360W超聲波+加熱50/10min 槽2:清洗剂360W超聲波+加熱50/10min 槽3:清水360W超聲波+加熱50漂洗15mi

14、n 槽4:清水360W超聲波15min 110 下烘20min。 清洗10min后，碳膜开始出现起泡， 清洗时间越长，碳膜起泡脱落越严重。 另外板面的印字油墨也被清洗掉。 免洗锡膏等残留物能达到理想的清洗效果，如图5； FPC制作所用碳膜和油墨属敏感材质，部分碳膜和油墨易脱落（图3、图7）， 部分油墨不易脱落（图8、9）； 所选清洗剂及清洗工艺不十分匹配，清洗剂与FPC所用材质不兼容。 图8：FPC清洗之前 图7：清洗后印字消失 图9：FPC清洗后油墨无变化 图6：FPC过SMT未清洗 图5 焊盘清洗效果 原因分析原因分析: 案例7：碳膜和油墨起泡、脱落 案例8：镀金焊盘变色 问题反馈：问题反

15、馈： FPC板过SMT及清洗工艺之后，镀金焊盘出现变色，导致COB金线容易断，绑定不上。 清洗工艺：清洗工艺： 超聲波超聲波清洗清洗 50 15min 超声波漂洗超声波漂洗2 2次次 常温常温 15min/15min/次次 干燥槽干燥槽 风切或热风风切或热风 100 100 烘烘20min20min 发黄发黄 案例8：镀金焊盘变色 Equipment : XPS - PHI Quantera ll , EDS Horiba. Checked Redish pad and Normal pad with XPS and EDS 通过通过XPS和和EDS检测，变色焊盘上附着物均为检测，变色焊盘上附

16、着物均为C、N、O、Si等有机物。等有机物。 案例8：镀金焊盘变色 镀金焊盘变色原因分析：镀金焊盘变色原因分析： FPC板（裸板、过SMT打件为清洗板、及清洗后已出现发黄的板）镀金焊 盘上均有不同程度的发黄现象，而发黄的焊盘较多的分布在对角区域， 较少的分布在其他区域，见图1、2。 引起焊盘发黄的原因有两个方面。其一可能是由FPC在印制阻焊膜后的清 洗工序中，残留物未完全清洗干净；其二可能是所用锡膏活性太强； 焊盘发黄是由FPC残留液或锡膏残留物，与碱性清洗剂产生反应，附着在 镀金焊盘上致使其发黄变色。 FPC板烘干时间越太长，镀金焊盘容易出现发黄。 图图1变色区域变色区域1 图图2 变色区域

17、变色区域2 案例9：Partical清洗 COB绑定后，为保障摄像头模组的高品质拍摄功效，需要对晶片表面残留的静电、污垢及金 属离子、灰尘等污染物进行清洗，传统的溶剂型清洗工艺，所采用的清洗剂价格十分昂贵，清洗 工艺复杂。相对于溶剂型清洗工艺，水基清洗工艺不仅大大的简化了清洗工艺，减低了清洗成本， 其对静电、灰尘、金属离子等Partical清洗率可高达95%以上 ，清洗效果图如下。 图图2 镜片清洗前镜片清洗前图图3 镜片清洗前镜片清洗前图图4 水基清洗工艺后水基清洗工艺后图图1 摄像头模组摄像头模组 深圳市合明科技有限公司，集设备和材料研发、生产、销售为一深圳市合明科技有限公司，集设备和材料研发、生产、销售为一 体的高新技术企业。体的高新技术企业。 n 国家高新技术企业国家高新技术企业 n IPC清洗标准中文组编审委主席单位清洗标准中文组编审委主席单位 n 获科技部创新基金企业获科技部创新基金企业 n 广东省电子学会广东省电子学会SMT专委会会员专委会会员 n 中国焊料协会焊锡料分会会员中国焊料协会焊锡料分会会员 n 无铅锡膏无铅锡