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超音波噴嘴在電子業上的應用

印刷電路板噴布助焊劑

液體助焊劑噴佈在印刷電路板組裝板、元件接腳、錫球陣列封裝等應用上,是許多電子元件生產上重要的部份。助焊劑在焊接製程中扮演兩個重要的角色。一個是清除焊接表面的氧化物和其他雜質。另一個是產出有助於焊接的表面張力環境。

近來,在電子組件的生產過程中,*波焊技術已普遍的應用在SMD-表面黏著元件的焊接上。以噴佈方式來塗佈助焊劑是相對新的技術(約從1990年左右)。我們將在以下的敘述中說明為何在過去幾年內助焊劑噴布法在焊接製程中成為主流的技術。

以往在波焊製程中,助焊劑多使用泡沫助焊法。將空氣送經多孔性天然石塊,使產生許多氣泡,再吹入含發泡劑的助焊劑槽中,就可以在液產生許多助焊劑泡沫,當組裝板經過泡沫時,就會在板底塗佈助焊劑,然後再將板子送入錫爐作成完成的組裝板。這個技術已經行之有年,也相當成功。

然而,過去五年,在組裝板的生產方式上有了很大的變化。那就是全世界禁止採用CFCS作為洗淨劑。傳統的助焊劑含有較高的松香及固態物,高沸點的溶劑,皂化劑和異丙醇。其中,固形物可高達30%。完成焊接製程後,為了得到可靠的最終產品,完成的組裝板必須使用大量的清潔用溶劑(如CFCS)來去除殘留的助焊劑。

在逐步減少 CFCs作為清潔劑的要求,且缺乏實用的清潔方式的情形下,產業界傾向往減少製程中有機溶劑的使用著手。驅使電子業不得不找尋新的解決方案。

在找尋的過程中,主要的成果是發展不同的助焊劑以符合產業需要,且不需使用CFCS清洗,有三種類型的助焊劑可以滿足這種要求:

  1. 低固態物助焊劑 (1-5% 固態物),為異丙醇溶液,又稱之為 "no-clean"-免洗助焊劑,不需要做後清洗
  2. 可水洗助焊劑 在異丙醇溶液中包含高活性有機酸成分,可以用水洗方式就從組裝板上移除這些助焊劑
  3. 水性助焊劑 水中混合高活性酸成分,依混合液中活性成分的不同又可分為"no-clean"-免洗或水洗兩種

在近幾年,助焊劑噴佈法在產業界中佔了很重要的地位,因為傳統式的泡沫法並不適用以上的三種類型助焊劑。主要理由是因為在一些狀況中,助焊劑的用量必須清確控制。而泡沫法無法做到這樣的控制,然而,使用噴霧方式來塗佈組裝板時,助焊劑能以精確的量均勻的塗佈在整個表面。

另外一個主要理由是,助焊劑噴佈法是比較經濟的方式。泡沫助焊法會使用較多的助焊劑,而噴佈法可以調整到適當的噴佈量,可能會減少60%的量。再加上泡沫法的操作是使用開放式助焊劑槽,因此含酒精性助焊劑必須經常補充或更換,以補足被蒸發的部份。噴佈法是使用密閉式助焊劑供應槽,所以沒有這個問題,也可以確保助焊劑品質的穩定性。總歸起來,使用噴佈法來取代泡沫法後,操作成本甚至可能減少80%之多。

還有許多有關噴佈法的利弊等技術上的問題,就不在此贅述。但是在我們的專門網站上您可找到更多資訊。 http://www.sprayfluxing.com

還有其他電子製程上的助焊劑應用,也很適合使用超音波噴嘴。部份理由同上述部分,另外還包括:

  • 可做微細線路的助焊(可做到 0.070 in.的窄線),經由機械手臂的控制只噴佈焊接電路元件到表面接著所需的少量。
  • 可以精確的在選定區域塗佈少量助焊劑,像是進錫爐前和回焊時的獨立電子元件接腳上。
  • 在回焊前做錫球陣列封裝 (BGA)的選擇性助焊。

*wave soldering 波焊:係利用已熔融之液錫在馬達幫浦驅動之下,向上揚起的單波或雙波,對斜向上升輸送而來的板子,從下向上壓迫使液錫進孔,或對點膠定位SMD元件的空腳處,進行填錫形成銲點,稱為波焊,大陸術語稱為“波峰焊”。

光罩蝕刻塗層

在旋鍍製程(SPIN-COATING)中,超音波噴嘴應用在半導體產業的矽、砷化鎵晶圓的表面化學塗層上已經很多年。主要是光罩蝕刻區域中光阻劑和光阻顯影液的塗佈應用。

最早的應用可回朔到80 年代中期,用於顯影液的塗佈。由於許多半導體廠商為了大量減少顯影液的用量(減少70%)和提高關鍵尺寸critical dimension (CD)的控制而採用噴佈製程。

最近, 發現用超音波噴嘴噴佈光阻劑到晶圓表面的方法可以大幅減少這些昂貴的化學品的用量。製程是由SONOTEK公司研發,並受到SEMATECH(半導體製造技術產業聯盟是由美國半導體產業與聯邦政府組成已促進美國半導體產業技術的發展)的支持。

配合旋鍍法已經展示出可以塗佈200mm直徑的晶圓,使用了約1.1ml的光阻劑量,得到的整個晶圓表面噴塗均勻性和一般的非噴塗分布方式一樣好。但成本大幅減少。傳統的光阻劑分布技術所需的材料量是使用超音波噴嘴的三到四倍之多。

經超音波噴嘴產出的輕柔噴霧可避免過度噴塗及污染產品的問題。當噴嘴從晶圓的邊緣移動到中心時噴佈的量可以調整,當晶圓以緩慢的速度旋轉,在旋鍍前就可以得到均勻的分布效果。結合這兩個因素就可使超音波噴佈製程具實用性。

 

其他應用

在電子產業中還有許多應用可以用到超音波噴佈技術。其中之ㄧ就是在許多不同表面上噴佈薄膜。Sonotek 公司支援康乃爾大學的材料科學學系使用超音波噴嘴發展出可作到電子單層膜那麼薄的薄膜噴佈製程。研究人員發現可以作為化學氣相沈積 (CVD)的一個選項。研究人員的觀點是用超音波方式生成薄膜和CVD系統相比,比較單純而且成本又相對便宜,並且不必犧牲塗層的品質。能夠將先驅液體以液體形式送入反應室內,相對於蒸氣方式,可以在薄膜的調配上提供更多的可能性。雖然此製程才剛開始商業化,但是很有可能在這快速發展的領域上提供許多的機會。

 

對於許多的工業上及研發的噴霧應用需求,Sono-Tek都能提供您需要的 解決方案。

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