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了解电子精密清洗剂和其中的表面活性剂
来源: | 作者:市场部 | 发布时间: 2021-05-15 | 1227 次浏览 | 分享到:

了解电子精密清洗剂和其中的表面活性剂

随着科技的发展进步，微电子技术得到了快速发展，电子元器件的集成程度越来越高，给微电子器件的清洗工作带来了很大的挑战，清洗的要求和工艺也越来越复杂，其清洗质量也会直接影响电子元件的质量和使用寿命。据官方统计讯息，目前我国的电子半导体精密清洗化学产品，自给自足率一直处于非常低的状态，因此提高微电子工艺的清洗技术水平、实现本土化的供给，具有十分重要的意义。

集成电路自诞生以来一直遵循摩尔定律的发展规律，即集成度和产品性能每１８个月增加一倍。各种半导体新材料和新器件层出不穷。

 

电子产品清洗工艺简述


电子产品清洗工艺主要有湿法清洗和干法清洗两种。


湿法清洗技术

a. 综合清洗法。综合清洗法是一种综合性比较强的清洗技术，将化学溶剂法、机械清洗法进行有机结合，可以有效清洗表面污染物。（简图供参考）


b. 溶液浸泡法。溶液浸泡法是目前湿法清洗技术中最常用的方法，将硅片放置溶液中进行浸泡，可以有效清除表面污染物。在进行清洗工作时，通常需要进行加热、搅拌等辅助工作，以达到清洗的目的。



c. 化学溶剂清洗法。在利用化学溶剂对微电子器件进行清洗时，其清洗效果取决于溶剂的选择。



d. 机械清洗法。机械清洗法具有较强的限制性，在清洗电子元件表面残渣或颗粒时具有较强的实效性，这种清洗方法在国外得到了广泛应用。按照性质来划分，机械清洗分为手工清洗和机械清洗两种。



干法清洗技术

干法清洗技术与湿法清洗技术相对应，干法清洗技术一般不使用化学溶液来进行清洗。但部分干法清洗技术需要使用少量的溶液，因此，根据其性质划分，又有半干法和全干法两种。



  1. 气相清洗法。气相清洗法是半干法的典型代表，在进行清洗工作时需要加入部分溶液，使其与污染物相互作用，从而达到清洗效果。气相清洗法具有广阔的发展前景，尤其是在负压下进行清洗，可有效对电子元件的沟槽和缝隙进行清洗。


  2. 等离子清洗法。利用等离子技术进行电子元件清洗，比较简单，不会对环境造成污染，清洗成本也比较低。但这种清洗方法很难去除金属化合物等污染物，并不适合所有清洗工作，因此需要不断加大技术创新，以满足清洗工作的需要。


  3. 束流清洗技术。所谓的束流清洗技术就是利用束流状的能量流与污染物相互作用，从而达到清洗效果。常用的束流方式为激光束流、微集射束流等方式。




典型的在线清洗工艺简述


清洗原理



清洗工艺




了解表面活性剂



1、表面张力：把液体表面任意单位长度的收缩力称为表面张力，单位为N•m-1。

2、表面活性和表面活性剂：将能降低溶剂表面张力的性质称为表面活性，而具有表面活性的物质称为表面活性物质。把能在水溶液中分子发生缔合且形成胶束等缔合体，并具有较高的表面活性，同时还具有润湿﹑乳化﹑起泡﹑洗涤等作用的表面活性物质称为表面活性剂。

3、表面活性剂的分子结构特点：表面活性剂是一种具有特殊结构和性质的有机化合物，它们能明显地改变两相间的界面张力或液体（一般为水）的表面张力，具有润湿﹑起泡﹑乳化﹑洗涤等性能。就结构而言，表面活性剂都有一个共同的特点，即其分子中含有疏水基团（亲油集团）和亲水基团。


4、表面活性剂的类型：以亲水基团是否是离子型为主，分为阴离子型﹑阳离子型﹑非离子型﹑两性离子型和其他特殊类型的表面活性剂。
5、亲水亲油平衡值：HLB是hydrophile lipophile balance的缩写，表示了表面活性剂的亲水基团和亲油基团具有的亲水亲油平衡值，即表面活性剂HLB值。HLB值大，表示分子的亲水性强，亲油性弱；反之亲油性强，亲水性弱。


HLB值是个相对值，故在制定HLB值时，作为标准，规定无亲水性能的石蜡的HLB值为0，而水溶性较强的十二烷基硫酸钠的HLB值为40。因此表面活性剂的HLB值一般在1～40范围以内。通常来说，HLB值小于10的乳化剂为亲油性的，而大于10的乳化剂则是亲水性的。因此，由亲油性到亲水性的转折点约为10。HLB范围及其应用性能，参阅下表：




HLB值
用途
HLB值
用途
1.5～3
W/O型消泡剂
8～18
O/W型乳化剂
3.5～6
W/O型乳化剂
13～15
洗涤剂
7～9
润湿剂
15～18
增溶剂



6、乳化作用和增溶作用
两种互不溶的液体，一种以微粒（液滴或液晶）分散于另一种中形成的体系称为乳状液。乳化剂属于表面活性剂，其主要功能是起乳作用。

表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大的能力，且此时溶液呈透明状，胶束的这种作用称为增溶。能产生增溶作用的表面活性剂叫做增溶剂，被增溶的有机物称为被增溶物。


7、泡沫：泡沫在洗涤过程中起着重要的作用。泡沫是指气体分散在液体或固体中的分散体系，气体为分散相，液体或固体为分散介质，前者称为液体泡沫，而后者称为固体泡沫。



泡沫的稳定性，泡沫是一种热力学不稳定体系，最后的趋势是破泡之后体系内液体的总表面积减小，自由能降低。消泡过程就是隔开气体的液膜由厚变薄，直至破裂的过程。因此，泡沫的稳定程度主要是由排液快慢和液膜的强度决定的。其影响因素还有以下几种。

①表面张力、②表面黏度、③溶液黏度、④表面张力的“修复”作用、⑤气体通过液膜的扩散、⑥表面电荷的影响

泡沫与洗涤作用并没有直接的联系，泡沫量的多少并不表示洗涤效果的好坏。泡沫有时还可以作为漂洗是否干净的指示剂，因为漂洗液中泡沫量往往随洗涤剂含量的减少而减少，因此可以泡沫量的多少来评价漂洗的程度。


8、洗涤过程：洗涤是一个十分复杂的过程，洗涤的基本过程可简单表示为

 载体••污垢+洗涤剂=载体+污垢•洗涤剂

一种优良的洗涤剂除了具有使污垢脱离载体的能力外，还应有较好的分散和悬浮污垢﹑防止污垢再沉积的能力。



9、影响洗涤作用的因素


表面活性剂在界面上的定向吸附以及表面（界面）张力的降低是液体或固体污垢去除的主要因素。但洗涤过程较为复杂，有许多的影响因素，包括清洗剂的浓度﹑温度﹑污垢的性质﹑污染物的组织结构等。

①表面活性剂的浓度（清洗剂的浓度）
溶液中表面活性剂的胶束在洗涤过程中起到重要作用。当浓度逐步达到临界胶束浓度(cmc)时，洗涤效果急剧增加。因此化学溶剂中清洗剂浓度应高于cmc值，才有良好的洗涤效果。但是当浓度高于cmc值后，继续增加浓度清洁效果递增就不明显了，所以过多的增加清洗剂浓度也是没有必要的。

②温度对去污作用有很重要的影响。
总的来说，提高温度有利于污垢的去除，但有时温度过高也会引起不利因素。最适宜的清洗温度与清洗剂配方及被清洗对象有关。有些清洗剂在室温下就有良好的清洁效果，而有些清洗剂冷洗和热洗的去污效果相差很大。


③泡沫
人们习惯上认为发泡力强的洗涤剂洗涤效果好。研究结果表明，洗涤效果与泡沫的多少并没有直接关系。泡沫虽与清洁力没有直接关系，但在某些场合下，泡沫还是有助于去除污垢的，如发泡力对于洗发香波也是重要的，洗发或沐浴时液体产生的细密泡沫使人感到润滑舒适。


④污染物的特性

⑤水的硬度
水中Ca2+﹑Mg2+等金属离子的浓度对洗涤效果的影响很大，特别是阴离子表面活性剂遇到 Ca2+﹑Mg2+离子形成的钙﹑镁盐溶解性均较差，会降低它的去污能力。在硬水中即使表面活性剂的浓度较高，其去污效果仍比在蒸馏中差得多。要使表面活性剂发挥最佳洗涤效果，水中 Ca2+离子浓度要降到1×10-6mol/L(CaCO3要降到0.1mg/L)以下的低位。在电子精密清洗工艺中，通常都是选择使用超纯水（去离子水）。

清洗液浓度的监控


为了电子清洗工艺过程，能够得到有效的监控，取得最大的经济性，通常在清洗过程中需要实时测定清洗液的浓度。通过前文，我们可以清楚的知晓通过监控表面张力，能够计算出清洗液中表面活性物质的浓度，即清洗液的浓度状况。

在室温（20℃左右）下，大部分液体的表面张力在20~40达因/厘米范围以内，但也有大于此数的，如水的表面张力为72达因/厘米；理论上，对于同一种液体，温度升高，表面张力降低。常见的化学物质表面张力如下：

液体

表面张力

色散分量

极性分量

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

邻苯二甲酸乙酯  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-溴邻苯二甲酸

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  (Ström) @ 20°C 水

72.8

21.8

51.0


静态表面张力定义了物理上的“润湿性”，润湿性好–液体表面张力低，润湿性差–液体表面张力高；动态表面张力决定了液滴的大小和粘附力，在喷涂过程中，表面张力随时间的变化而变化。通常条件下，静态表面张力的变化并不依赖于浓度，但是动态表面张力随浓度变化的波动十分显著。动态表面张力可以运用于通过监控表面活性剂（清洗剂）的以下应用：

  • 检查清洁液的表面活性剂含量（浓度）

  • 清洗液的润湿能力

  • 乳化液体的混合状态


通过下图，举例说明，在线清洗工艺中清洗液浓度（表面活性剂浓度）与动态表面张力值的关系。由此可见，通过监测清洗工艺过程的清洗液动态表面张力，可以有效的监控清洗液的功效，实现最经济的新鲜清洗剂原液补偿方案。


关于清洗液浓度的测定原理还有很多种类，在实际的应用中，各自有各自的特点，需要通过大量的实际数据积累，方能辨别优缺。除此之外，还有大量的通过折光仪（利用利用光线测试液体浓度的仪器）、超声波浓度仪（利用高频声波测试液体浓度的仪器）、比重浓度计（利用比重变化值测试液体浓度），等等。



由于编者水平限制，错漏之处在所难免，欢迎来函来电指正。


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