一、焊接残留物的产生及成分

在芯片的焊接过程中，会使用到助焊剂、锡膏等焊接辅料。这些辅料在帮助实现良好焊接效果后，往往会留下残留物。例如锡膏是由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分组成，助焊剂的成分也较为复杂。焊接完成后，这些物质会在芯片表面以及焊点周围留存，这其中又以焊后热改性生成物在所有污染物中占据主导地位。同时，在芯片的制程过程中，还可能沾染上其他污染物，例如操作人员的指印、汗液、角质，以及环境中的尘埃等，这些物质会与焊接残留物一同附着在芯片上。

二、焊接残留物对芯片封装的影响

（一）电气性能方面

1. 漏电与短路风险

• 助焊剂残留中的离子型污染物、极性玷污物等可能会在芯片表面形成导电通路。例如在PCB（印刷电路板）上，如果有残留的锡膏或助焊剂中的离子污染物存在，当电路处于工作状态时，可能会导致电流泄漏到不应该导通的地方，从而产生漏电现象。在高密度的芯片封装中，微小的漏电都可能引发芯片性能的不稳定和功能故障。而且，如果残留物过多或者其导电性足够强，还有可能直接造成电路短路。一旦短路发生，会使芯片局部甚至整个芯片面临过大电流的冲击，可能瞬间损坏芯片内部的电路结构，如晶体管、线路等组件。

2. 介质击穿与绝缘电阻下降

• 离子型残留物容易引发电迁移现象。电迁移是指在导体内部，由于电流的作用，金属离子发生定向移动的现象。在芯片中，当存在焊接残留物时，这种遗迹产生的离子会在电场的作用下迁移，可能会破坏芯片内不同介质层或部件之间的绝缘性能。例如在芯片的层间绝缘结构中，如果因为电迁移导致离子在绝缘层内积聚，会使绝缘层的绝缘性能下降，容易发生介质击穿现象，这严重影响了芯片的可靠性与正常工作电压范围，可能导致芯片在正常工作电压下就发生故障。

（二）热性能方面

1. 热阻增加问题

• 助焊剂留下的残留物可能会覆盖在芯片表面或者散热通道上。比如在芯片的引脚与封装外壳之间，如果有残留物质，会像隔热层一样阻碍热量的传导。这在芯片工作过程中产生热量时，容易导致热量无法有效地散发出去，使得芯片局部温度升高。因为芯片正常工作时温度的稳定性对于其性能和寿命非常关键，局部温度过高可能会影响芯片内部的电子迁移速度、晶体管的开关特性等，长期处于高温环境，还会加速芯片内部材料的老化进程，减少芯片的使用寿命。

（三）外观与可靠性方面

1. 外观不良影响

• 焊接残留物，特别是一些非极性污染物如松香等合成树脂类物质，会影响芯片和封装体的外观。例如其可能使芯片表面看起来有污渍、模糊等现象。在一些对外观质量要求较高的应用场景中，如消费电子类产品中的芯片封装，外观不良的芯片可能会导致产品整体外观形象不佳，影响市场竞争力。

2. 腐蚀风险与可靠性降低

• 残留物含有成分可能对芯片本身或者封装材料产生腐蚀危害。例如，助焊剂中的某些化学物质在特定的环境条件下（如高湿度、高温度或者存在其他化学物质时），可能会发生化学反应，从而腐蚀芯片的金属引脚或者封装外壳，导致封装密封性下降，芯片与外界环境之间的隔离效果变差。这会进一步使得芯片容易受到外界有害物质的侵蚀，增加芯片出现故障的概率，降低芯片在整个使用周期内的可靠性。

三、不清洗芯片封装前焊接残留物的后果

（一）短期后果

1. 电路直接损坏

• 如果不清洗芯片封装前的焊接残留物，如前所述的短路风险，可能会在芯片加电瞬间或者很短时间内就对芯片内部电路产生破坏。电路中的某些关键部分，如很精细的集成电路线路、灵敏的晶体管等，会因为承受了不应该出现的高电压、大电流而被烧毁或者出现不可逆的物理损伤，使得芯片无法正常启动或者直接失效。

2. 性能异常

• 芯片可能出现各种性能方面的异常，如漏电问题会导致电路的实际功耗比设计值高，这可能反过来影响与芯片相连的其他电路组件，引发系统的电量消耗过快、电池续航能力下降等问题。还有可能影响数据传输的准确性，例如在数据高速传输线路中的芯片，如果因为焊接残留物引起信号干扰等问题，会造成数据的误码、丢失等，使得芯片不能按照预定的功能准确工作。

• 从热性能角度看，短期内不清理残留物导致的局部高温，会使芯片的散热机制失效或者部分失效，芯片在短时间内就可能出现工作频率下降以降低热量产生（这是芯片的一种自我保护机制），从而影响整个包含该芯片系统的工作效率。

（二）长期后果

1. 可靠性与稳定性降低

• 随着时间的推移，未清洗的焊接残留物持续存在所引起的腐蚀问题会逐渐加剧。芯片的金属部分会慢慢被腐蚀，导致芯片引脚接触不良，封装材料的密封性越来越差，使得芯片更容易受到外界因素（如湿气、灰尘等）的影响，内部电路受潮、积灰等会进一步引发更多的故障。而且，长期的轻微漏电、局部高温等问题会不断累积对芯片内部材料和结构的损伤，使得芯片的可靠性大大降低，无法保证在正常的使用寿命内稳定工作。

2. 难以实现高级功能与性能衰退

• 在长期使用中，由于残留物的影响，芯片会逐渐失去实现一些高级功能的能力。例如，在一些高精度的模拟芯片或者对信号完整性要求极高的数字芯片中，由于信号传输一直受到残留物的干扰和传输线路绝缘性下降等问题的影响，芯片处理复杂信号或者实现高速运算等高级功能的性能会逐渐衰退甚至完全丧失。这对于那些依赖高性能芯片的设备如高端服务器、精密医疗设备等而言，可能会产生致命的影响，如导致设备的运行精度降低、数据处理错误等严重后果。

四、成功的芯片封装清洗焊接残留物案例

9001诚信金沙SIP系统级封装清洗案例

1. 清洗剂与残留物匹配性研究

• 9001诚信金沙在SIP系统级封装清洗方面卓有成效。针对芯片焊接产生的各种焊剂或焊膏残余物、污垢，会对焊接所用的焊膏和锡膏的可清洗性进行水基清洗剂的选型和匹配。在常规工艺条件或者特定工艺条件下进行测试，确保水基清洗剂能够将焊剂和焊膏残余物清除，从而达到所需的干净度要求，特别关注芯片底部、器件底部残留物的清除状况，只有将microgap（微观间隙）的残留物清除才可真正实现残留物的完全清除而达到干净度的高要求。例如在POP、SIP、IGBT、PCBA等器件的清洗中，通过这种精心匹配清洗剂和针对残留物特点的清洗方式，成功地实现了对焊接残留物的彻底清除，确保了芯片封装的质量和性能稳定，提高了半导体器件的品质和高可靠性。

五、芯片封装清洗焊接残留物的技术方法

（一）化学溶剂清洗

1. 溶剂选择与原理

• 常用的化学溶剂包括酒精、异丙醇等有机溶剂。这些溶剂可以溶解部分焊接残留物，特别是像松香之类的非极性有机物。其原理是基于化学溶剂和残留物之间相似相溶原理，油漆类物质（如松香等树脂成分）能较好地溶解在这些有机溶剂中。例如在清洗一些电子产品的芯片时，使用异丙醇可以有效去除残留在芯片表面的松香助焊剂。

2. 清洗过程中的注意事项

• 在使用有机溶剂进行清洗时，需要在通风良好的环境中进行。因为有机溶剂大多具有挥发性，有些有机溶剂挥发产生的气体如果在密闭空间积聚，可能会引起爆炸或者对操作人员健康产生危害。同时，对溶剂的操作要严格按照安全操作规范，避免火源等危险因素靠近清洗操作区域，避免清洗过程中有机溶剂溅到操作人员身上或者眼睛里。

（二）水基清洗剂清洗

1. 水基清洗剂的特点与优势

• 水基清洗剂以水为溶剂，其中添加了一定的表面活性剂、助剂等成分。水基清洗剂具有对环境相对友好的特点，不容易像有机溶剂一样产生易燃易爆的危险气体。例如9001诚信金沙研发的中性水基清洗剂，其主要通过表面活性剂对焊接残留的渗透和剥离作用，促使助焊剂或焊膏残留从半导体器件表面脱落，溶解到溶剂或者水中，从而达到清洗目的。这种清洗剂能够减少对芯片表面脆弱的功能材料（如铝、铜、铂、镍等敏感金属、油墨字符和特殊标签等）的损伤。

2. 清洗参数的设定于控制

• 在使用水基清洗剂清洗芯片时，需要对清洗参数进行恰当的设定。如温度、清洗剂浓度、清洗时间等参数都需要根据不同的芯片类型和焊接残留物的情况进行调整。例如对于某些特殊的芯片封装结构，可能需要较低的清洗温度以避免对封装材料造成影响；同时还要考虑水基清洗剂的清洗能力与残留物的可清洗性之间的匹配程度，确保在预设的工艺条件下污垢能被清除干净以达到首要的技术指标。

（三）超声波清洗

1. 清洗原理及效果

• 超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用。当超声波在含有芯片的清洗液中传播时，会产生大量微小的空化泡。这些空化泡在瞬间破裂时会产生局部高温、高压以及强烈的微射流冲击作用。这种冲击力可以把芯片表面非常微小的、难以清洗的焊接残留物震落下来，达到对芯片高精密清洗的效果。例如在对倒装芯片封装底部清洗时，通过超声波真空喷流装置，可以对倒装芯片进行超声波真空喷流清洗，并且结合后续的化学喷洗或纯水喷洗、除液风切处理、纯水喷洗和烘干处理等步骤，可以使得清洗后的倒装芯片与基板间的污染在200X电子显微镜下观察没有残留，离子污染度小于0.4μgpercm2，清洗效果显著，洁净效果优良。

2. 可能存在的问题与限制

• 虽然超声波清洗效果好，但也存在一些潜在问题。例如，如果超声波功率过大或者清洗时间过长，可能会对芯片造成损伤，特别是对芯片的焊点或者内部结构松动等影响。而且对于一些表面安装有易损组件（如细小脆弱的电极等）的芯片，超声波的能量可能会破坏这些组件，所以在使用超声波清洗时需要准确控制功率、时间等参数以避免对芯片造成不必要的损害。

六、芯片封装清洗焊接残留物的行业标准

（一）助焊剂残留量标准

1. IPC - J - STD - 001E标准

• 在IPC - J - STD - 001E标准中，对助焊剂残留三级标准规定40μg/cm²。这一标准有助于确定芯片封装过程中助焊剂残留量的可接受程度。不同等级的标准适应于不同的电子产品应用场景，对于一些高端、对可靠性要求极高的芯片封装（如航空航天、高端医疗设备中的芯片），往往需要更严格的助焊剂残留控制接近更低的数值；而一些普通消费类电子产品可能在满足40μg/cm²标准下就能保证正常的使用和一定的可靠性。

2. 离子污染物含量标准

• 根据行业内部分标准规定，如对于离子污染物含量三级标准规定≤1.5（Nacl）μg/cm²，萃取溶液电阻率2×10⁶Ω·cm。常用的离子污染物要求大约≤0.2（Nacl）μg/cm²。这些离子污染物含量的标准是基于离子污染物对芯片电气性能影响（如前面提到的漏电、介质击穿等方面的影响）而制定的。严格控制离子污染物含量可以保证芯片封装后的电气绝缘性能、信号传输准确性等重要指标，确保芯片能够在预期的工作环境下稳定可靠地工作。