技术前沿PCBPCBA及半导体颗粒物污染

夏国俊李星

前言

精密电子设备在长期的连续运行过程中，因大气中漂浮的各种尘垢、金属盐类、油污等综合污染物，通过物理的吸附作用，微粒的重力沉降作用淀积于精密电子设备表面，而造成精密电子设备的严重污染，使精密电子设备的散热能力下降，影响其运行质量和运行可靠性。

这些污染物还对设备内的电路形成附加的"微电路效应",导致"缓慢腐蚀"作用，不同程度地引起精密电子设备的接触不良，阻抗降低、漏电、短路、误码、坏板等造成线路能量损耗、传输信号减弱、传输速率和质量的不稳定等软性故障率的升高。

其中电子仪器和PCB线路板技术出现后，如何降低颗粒物污染，提高生产良率和产品可靠性，就成为了电子制造行业产线人员的日常工作。特别是在PCB、显示面板、半导体元件行业，防治颗粒物污染的洁净室设计与施工、量产工艺清洗作业措施是否得当，是决定产品能不能顺利通过量产的首要条件之一。

颗粒物污染研究发展历史

最早对颗粒物污染提出品质要求的是五十年代的美国军方。为了提高战场作战的协同能力，美国军方率先在海、陆、空三军中采用电子仪器来升级武器系统及通讯系统，不过在大量使用电子仪器后发现，在战场中使用这些电子仪器的故障率很高，有超过80%的雷达失效，接近50%的水声测位仪失效，陆军中70%的电子设备失效，并且每年的维护成本费用几乎是采购成本的两倍。在经过仔细分析后发现，电子仪器中的颗粒物污物，是影响这些电子仪器品质和寿命的主要原因。

五十年代美国军方和工业界对颗粒物污染进行预防与纠正的第一个措施，就是改造密封的制造业环境，直接导致了现代洁净无尘室技术的诞生，通过洁净室的空气环境管理系统，对空气中的颗粒物进行过滤去除，以达到避免自然界大气中的颗粒物，沉落在电子仪器的零组件表面形成污染。

然而洁净室的运行，只能尽可能的降低生产环境空气中的颗粒物含量，对于粘附和沉积在产品表面的颗粒物，以及生产加工过程中产生的颗粒物去除是无能为力的。所以对产品污染进行预防与纠正的第二个重要措施，就是对加工产品在进入到下一道关键工序之前，采取有效的清洗作业，现代电子制造业清洗技术也随之出现，与洁净无尘室技术一起，这两大重要技术成为了以微观物理为基础的现代电子工业的真正标志。

颗粒物污染防治技术的有效性，极大的提升了军工企业产品品质，随后被快速引入到航空工业。而在汽车行业中关于零部件清洁度的要求，最早由德国知名汽车零部件公司提出。此后在汽车系统中，很多可靠性问题最终科学分析后，也都被归因于颗粒物污染，即零部件清洁度不足。对于车载电子产品，大部分终端亦有此要求。

而在COMS半导体集成电路技术出现后，由于其量产工艺的高度精密性，以及产品光电性能的高度敏感性，颗粒物污染防治的现代电子清洗技术与洁净室技术，被视为半导体元器件和显示行业的基础制造技术。

颗粒物污染的分类：

颗粒污染物指在产品设计开发时没有将其列入产品的一部分却实际含有了的任何物质，甚至包括产品生产时所需要的原物料本身。举例如下：金属、玻璃、石头、头发、塑料，甚至原料本身所附有的物质，产品加工生产过程中产生的原材料本体颗粒、加工刃具上剥离下来的颗粒。

一般来讲，除了原材料本体附着、包装物附着和操作人员皮肤与着装附着的颗粒物是从外部带入的外，洁净室的颗粒物污染大部分是从内部产生。空气中的颗粒物主要由设备运转、生产过程、人员因素产生，这3种途径共计产生了85%的颗粒物。洁净室关于颗粒物污染治理的原则包括4条:不将颗粒物带入，不让颗粒物产生，不让颗粒物堆积，迅速排除颗粒物，因此洁净室内，除了对作业人员的洁净服装，对带入的工具、材料等，对于设备的清理和通风都要严格的要求外，先进的颗粒物污染清洗工艺研究，也是现代电子工业重点

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