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?了解電子精密清洗劑和其中的表面活性劑
來(lái)源: | 作者:市場(chǎng)部 | 發(fā)布時(shí)間: 2021-05-15 | 1232 次瀏覽 | 分享到:

?了解電子精密清洗劑和其中的表面活性劑


隨著科技的發(fā)展進(jìn)步,微電子技術(shù)得到了快速發(fā)展,電子元器件的集成程度越來(lái)越高,給微電子器件的清洗工作帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn),清洗的要求和工藝也越來(lái)越復(fù)雜,其清洗質(zhì)量也會(huì)直接影響電子元件的質(zhì)量和使用壽命。據(jù)官方統(tǒng)計(jì)訊息,目前我國(guó)的電子半導(dǎo)體精密清洗化學(xué)產(chǎn)品,自給自足率一直處于非常低的狀態(tài),因此提高微電子工藝的清洗技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)本土化的供給,具有十分重要的意義。

集成電路自誕生以來(lái)一直遵循摩爾定律的發(fā)展規(guī)律,即集成度和產(chǎn)品性能每18?jìng)€(gè)月增加一倍。各種半導(dǎo)體新材料和新器件層出不窮。

 

電子產(chǎn)品清洗工藝簡(jiǎn)述


電子產(chǎn)品清洗工藝主要有濕法清洗和干法清洗兩種。


濕法清洗技術(shù)

a. 綜合清洗法。綜合清洗法是一種綜合性比較強(qiáng)的清洗技術(shù),將化學(xué)溶劑法、機(jī)械清洗法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,可以有效清洗表面污染物。(簡(jiǎn)圖供參考)


b. 溶液浸泡法。溶液浸泡法是目前濕法清洗技術(shù)中最常用的方法,將硅片放置溶液中進(jìn)行浸泡,可以有效清除表面污染物。在進(jìn)行清洗工作時(shí),通常需要進(jìn)行加熱、攪拌等輔助工作,以達(dá)到清洗的目的。



c. 化學(xué)溶劑清洗法。在利用化學(xué)溶劑對(duì)微電子器件進(jìn)行清洗時(shí),其清洗效果取決于溶劑的選擇。



d. 機(jī)械清洗法。機(jī)械清洗法具有較強(qiáng)的限制性,在清洗電子元件表面殘?jiān)蝾w粒時(shí)具有較強(qiáng)的實(shí)效性,這種清洗方法在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用。按照性質(zhì)來(lái)劃分,機(jī)械清洗分為手工清洗和機(jī)械清洗兩種。



干法清洗技術(shù)

干法清洗技術(shù)與濕法清洗技術(shù)相對(duì)應(yīng),干法清洗技術(shù)一般不使用化學(xué)溶液來(lái)進(jìn)行清洗。但部分干法清洗技術(shù)需要使用少量的溶液,因此,根據(jù)其性質(zhì)劃分,又有半干法和全干法兩種。



  1. 氣相清洗法。氣相清洗法是半干法的典型代表,在進(jìn)行清洗工作時(shí)需要加入部分溶液,使其與污染物相互作用,從而達(dá)到清洗效果。氣相清洗法具有廣闊的發(fā)展前景,尤其是在負(fù)壓下進(jìn)行清洗,可有效對(duì)電子元件的溝槽和縫隙進(jìn)行清洗。


  2. 等離子清洗法。利用等離子技術(shù)進(jìn)行電子元件清洗,比較簡(jiǎn)單,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,清洗成本也比較低。但這種清洗方法很難去除金屬化合物等污染物,并不適合所有清洗工作,因此需要不斷加大技術(shù)創(chuàng)新,以滿足清洗工作的需要。


  3. 束流清洗技術(shù)。所謂的束流清洗技術(shù)就是利用束流狀的能量流與污染物相互作用,從而達(dá)到清洗效果。常用的束流方式為激光束流、微集射束流等方式。




典型的在線清洗工藝簡(jiǎn)述


清洗原理



清洗工藝




了解表面活性劑



1、表面張力:把液體表面任意單位長(zhǎng)度的收縮力稱為表面張力,單位為N?m-1。

2、表面活性和表面活性劑:將能降低溶劑表面張力的性質(zhì)稱為表面活性,而具有表面活性的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。把能在水溶液中分子發(fā)生締合且形成膠束等締合體,并具有較高的表面活性,同時(shí)還具有潤(rùn)濕﹑乳化﹑起泡﹑洗滌等作用的表面活性物質(zhì)稱為表面活性劑。

3、表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn):表面活性劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有機(jī)化合物,它們能明顯地改變兩相間的界面張力或液體(一般為水)的表面張力,具有潤(rùn)濕﹑起泡﹑乳化﹑洗滌等性能。就結(jié)構(gòu)而言,表面活性劑都有一個(gè)共同的特點(diǎn),即其分子中含有疏水基團(tuán)(親油集團(tuán))和親水基團(tuán)。


4、表面活性劑的類型:以親水基團(tuán)是否是離子型為主,分為陰離子型﹑陽(yáng)離子型﹑非離子型﹑兩性離子型和其他特殊類型的表面活性劑。
5、親水親油平衡值:HLB是hydrophile lipophile balance的縮寫,表示了表面活性劑的親水基團(tuán)和親油基團(tuán)具有的親水親油平衡值,即表面活性劑HLB值。HLB值大,表示分子的親水性強(qiáng),親油性弱;反之親油性強(qiáng),親水性弱。


HLB值是個(gè)相對(duì)值,故在制定HLB值時(shí),作為標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定無(wú)親水性能的石蠟的HLB值為0,而水溶性較強(qiáng)的十二烷基硫酸鈉的HLB值為40。因此表面活性劑的HLB值一般在1~40范圍以內(nèi)。通常來(lái)說(shuō),HLB值小于10的乳化劑為親油性的,而大于10的乳化劑則是親水性的。因此,由親油性到親水性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)約為10。HLB范圍及其應(yīng)用性能,參閱下表:




HLB值
用途
HLB值
用途
1.5~3
W/O型消泡劑
8~18
O/W型乳化劑
3.5~6
W/O型乳化劑
13~15
洗滌劑
7~9
潤(rùn)濕劑
15~18
增溶劑



6、乳化作用和增溶作用
兩種互不溶的液體,一種以微粒(液滴或液晶)分散于另一種中形成的體系稱為乳狀液。乳化劑屬于表面活性劑,其主要功能是起乳作用。

表面活性劑在水溶液中形成膠束后具有能使不溶或微溶于水的有機(jī)物的溶解度顯著增大的能力,且此時(shí)溶液呈透明狀,膠束的這種作用稱為增溶。能產(chǎn)生增溶作用的表面活性劑叫做增溶劑,被增溶的有機(jī)物稱為被增溶物。


7、泡沫:泡沫在洗滌過程中起著重要的作用。泡沫是指氣體分散在液體或固體中的分散體系,氣體為分散相,液體或固體為分散介質(zhì),前者稱為液體泡沫,而后者稱為固體泡沫。



泡沫的穩(wěn)定性,泡沫是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,最后的趨勢(shì)是破泡之后體系內(nèi)液體的總表面積減小,自由能降低。消泡過程就是隔開氣體的液膜由厚變薄,直至破裂的過程。因此,泡沫的穩(wěn)定程度主要是由排液快慢和液膜的強(qiáng)度決定的。其影響因素還有以下幾種。

①表面張力、②表面黏度、③溶液黏度、④表面張力的“修復(fù)”作用、⑤氣體通過液膜的擴(kuò)散、⑥表面電荷的影響

泡沫與洗滌作用并沒有直接的聯(lián)系,泡沫量的多少并不表示洗滌效果的好壞。泡沫有時(shí)還可以作為漂洗是否干凈的指示劑,因?yàn)槠匆褐信菽客S洗滌劑含量的減少而減少,因此可以泡沫量的多少來(lái)評(píng)價(jià)漂洗的程度。


8、洗滌過程:洗滌是一個(gè)十分復(fù)雜的過程,洗滌的基本過程可簡(jiǎn)單表示為

 載體??污垢+洗滌劑=載體+污垢?洗滌劑

一種優(yōu)良的洗滌劑除了具有使污垢脫離載體的能力外,還應(yīng)有較好的分散和懸浮污垢﹑防止污垢再沉積的能力。



9、影響洗滌作用的因素


表面活性劑在界面上的定向吸附以及表面(界面)張力的降低是液體或固體污垢去除的主要因素。但洗滌過程較為復(fù)雜,有許多的影響因素,包括清洗劑的濃度﹑溫度﹑污垢的性質(zhì)﹑污染物的組織結(jié)構(gòu)等。

①表面活性劑的濃度(清洗劑的濃度)
溶液中表面活性劑的膠束在洗滌過程中起到重要作用。當(dāng)濃度逐步達(dá)到臨界膠束濃度(cmc)時(shí),洗滌效果急劇增加。因此化學(xué)溶劑中清洗劑濃度應(yīng)高于cmc值,才有良好的洗滌效果。但是當(dāng)濃度高于cmc值后,繼續(xù)增加濃度清潔效果遞增就不明顯了,所以過多的增加清洗劑濃度也是沒有必要的。

②溫度對(duì)去污作用有很重要的影響。
總的來(lái)說(shuō),提高溫度有利于污垢的去除,但有時(shí)溫度過高也會(huì)引起不利因素。最適宜的清洗溫度與清洗劑配方及被清洗對(duì)象有關(guān)。有些清洗劑在室溫下就有良好的清潔效果,而有些清洗劑冷洗和熱洗的去污效果相差很大。


③泡沫
人們習(xí)慣上認(rèn)為發(fā)泡力強(qiáng)的洗滌劑洗滌效果好。研究結(jié)果表明,洗滌效果與泡沫的多少并沒有直接關(guān)系。泡沫雖與清潔力沒有直接關(guān)系,但在某些場(chǎng)合下,泡沫還是有助于去除污垢的,如發(fā)泡力對(duì)于洗發(fā)香波也是重要的,洗發(fā)或沐浴時(shí)液體產(chǎn)生的細(xì)密泡沫使人感到潤(rùn)滑舒適。


④污染物的特性

⑤水的硬度
水中Ca2+﹑Mg2+等金屬離子的濃度對(duì)洗滌效果的影響很大,特別是陰離子表面活性劑遇到 Ca2+﹑Mg2+離子形成的鈣﹑鎂鹽溶解性均較差,會(huì)降低它的去污能力。在硬水中即使表面活性劑的濃度較高,其去污效果仍比在蒸餾中差得多。要使表面活性劑發(fā)揮最佳洗滌效果,水中 Ca2+離子濃度要降到1×10-6mol/L(CaCO3要降到0.1mg/L)以下的低位。在電子精密清洗工藝中,通常都是選擇使用超純水(去離子水)。

清洗液濃度的監(jiān)控


為了電子清洗工藝過程,能夠得到有效的監(jiān)控,取得最大的經(jīng)濟(jì)性,通常在清洗過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)定清洗液的濃度。通過前文,我們可以清楚的知曉通過監(jiān)控表面張力,能夠計(jì)算出清洗液中表面活性物質(zhì)的濃度,即清洗液的濃度狀況。

在室溫(20℃左右)下,大部分液體的表面張力在20~40達(dá)因/厘米范圍以內(nèi),但也有大于此數(shù)的,如水的表面張力為72達(dá)因/厘米;理論上,對(duì)于同一種液體,溫度升高,表面張力降低。常見的化學(xué)物質(zhì)表面張力如下:

液體

表面張力

色散分量

極性分量

正己烷

18.4

18.4

0.0

正庚烷

20.4

20.4

0.0

正辛烷

21.8

21.8

0.0

正葵烷

23.9

23.9

0.0

正十四烷

25.6

25.6

0.0

硝基乙烷

31.9

27.5

4.4

硝基甲烷

36.8

29.8

7.0

鄰苯二甲酸乙酯  22°C

37.,0

30.0

7.0

二甲基甲酰胺

37.1

29.0

8.1

四溴乙烷

49.7

49.7

0.0

四氯乙烷

36.3

36.3

0.0

甲苯

28.4

26.1

2.3

磷酸三氯乙烯

40.9

39.2

1.7

a-溴鄰苯二甲酸

44.4

44.4

0.0

二碘甲烷

50.8

50.8

0.0

Water (Rabel)  @ 22°C  水

72.3

18.7

53.6

Water  (Str?m) @ 20°C 水

72.8

21.8

51.0


靜態(tài)表面張力
定義了物理上的“潤(rùn)濕性”,潤(rùn)濕性好–液體表面張力低,潤(rùn)濕性差–液體表面張力高;動(dòng)態(tài)表面張力決定了液滴的大小和粘附力,在噴涂過程中,表面張力隨時(shí)間的變化而變化。通常條件下,靜態(tài)表面張力的變化并不依賴于濃度,但是動(dòng)態(tài)表面張力隨濃度變化的波動(dòng)十分顯著。動(dòng)態(tài)表面張力可以運(yùn)用于通過監(jiān)控表面活性劑(清洗劑)的以下應(yīng)用:

  • 檢查清潔液的表面活性劑含量(濃度)

  • 清洗液的潤(rùn)濕能力

  • 乳化液體的混合狀態(tài)


通過下圖,舉例說(shuō)明,在線清洗工藝中清洗液濃度(表面活性劑濃度)與動(dòng)態(tài)表面張力值的關(guān)系。由此可見,通過監(jiān)測(cè)清洗工藝過程的清洗液動(dòng)態(tài)表面張力,可以有效的監(jiān)控清洗液的功效,實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的新鮮清洗劑原液補(bǔ)償方案。


關(guān)于清洗液濃度的測(cè)定原理還有很多種類,在實(shí)際的應(yīng)用中,各自有各自的特點(diǎn),需要通過大量的實(shí)際數(shù)據(jù)積累,方能辨別優(yōu)缺。除此之外,還有大量的通過折光儀(利用利用光線測(cè)試液體濃度的儀器)、超聲波濃度儀(利用高頻聲波測(cè)試液體濃度的儀器)、比重濃度計(jì)(利用比重變化值測(cè)試液體濃度),等等。



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