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[分享] 等离子清洗机在封装生产中的应用

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发表于 2022-10-20 09:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

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等离子清洗机在封装生产中的应用
 等离子清洗机在微电子封装领域有着广泛的应用前景,等离子体清洗技术的成功应用依赖于工艺参数的优化,包括过程压力、等离子激发频率和功率、时间和工艺气体类型、反应腔室和电极的配置以及待清洗工件放置位置等。半导体后部生产工序中,由于指印、助焊剂、焊料、划痕、沾污、微尘、树脂残迹、自热氧化、有机物等,在器件和材料表面形成各种沾污,这些沾污会明显地影响封装生产及产品质量,利用等离子体清洗技术,能够很容易清除掉生产过程中形成的这些分子水平的污染,从而显著地改善封装的可制造性、可靠性及成品率。
在芯片封装生产中,等离子体清洗工艺的选择取决于后续工艺对材料表面的要求、材料表面的原有特征、化学组成以及表面污染物性质等。
优化引线键合
  在芯片、微电子机械系统MEMS封装中,基板、基座与芯片之间有大量的引线键合,引线键合仍然是实现芯片焊盘与外引线连接的重要方式,如何提高引线键合强度一直是行业研究的问题。射频驱动的低压等离子清洗技术是一种有效的、低成本的清洁方法,能够有效地去除基材表面可能存在的污染物,例如氟化物、镍的氢氧化物、有机溶剂残留、环氧树脂的溢出物、材料的氧化层,等离子清洗一下再键合,会显著提高键合强度和键合引线拉力的均匀性,它对提高引线键合强度作用很大。在引线键合之前,气体等离子体技术可以用来清洗芯片接点,改善结合强度及成品率,表3示出一例改善的拉力强度对比,采用氧气及氩气的等离子体清洗工艺,在维持高工序能力指数Cpk值的同时能有效改善拉力强度。据资料介绍,研究等离子体清洗的效能时,不同公司的不同产品类型在键合前采用等离子体清洗,增加键合引线拉力强度的幅度大小不等,但对提高器件的可靠性而言都很有好处。
  用Ar等离子体,将样品置放在地极板,当射频功率为200W~600W、气体压力为100mT~120mT或140mT~180mT时,清洗10min~15min,能获得很好的清洗效果和键合强度,实验用直径25μm金丝键合引线,当采用等离子清洗后,其平均键合强度可提高到6.6gf以上。
倒装焊接前的清洗
  在芯片倒装封装方面,对芯片和载体进行等离子体清洗,提高其表面活性以后再进行倒装焊,可以有效地防止或减少空洞,提高黏附性。另一特点是提高填料边缘高度,改善封装的机械强度,降低因材料间不同的热膨胀系数而在界面间形成的剪切应力,提高产品可靠性和寿命。
芯片粘结的清洗
  等离子体表面清洗可用于芯片粘结之前的处理,由于未处理材料表明普遍的疏水性和惰性,其表面粘结性能通常很差,粘结过程中很容易在界面产生空洞。活化后的表面能改善环氧树脂等高分子材料在表面的流动性能,提供良好的接触表面和芯片粘结浸润性,可有效防止或减少空洞形成,改善热传导能力。清洗常用的表面活化工艺是通过氧气、氮气或它们的混合气等离子体来完成的。微波半导体器件在烧结前采用等离子体清洗管座,对保证烧结质量十分有效。
引线框架的清洗
  引线框架在当今的塑封中仍占有相当大的市场份额,其主要采用导热性、导电性、加工性能良好的铜合金材料制作引线框架。但铜的氧化物及其他一些污染物会造成模塑料与铜引线框架分层,并影响芯片粘接和引线键合质量,确保引线框架清洁是保证封装可靠性的关键。研究表明,采用氢氩混合气体,激发频率13.56MHz,能够有效地去除引线框架金属层上的污染物,氢等离子体能够去除氧化物,而氩通过离子化能够促进氢等离子体数量的增加。
管座管帽的清洗
  管座管帽若存放时间较长,表面会有陈迹且可能有污染,先对管座管帽进行等离子体清洗,去除污染,然后封帽,可显著提高封帽合格率。陶瓷封装通常使用金属浆料印制线作键合区、盖板密闭区。在这些材料的表面电镀Ni、Au前,采用等离子清洗,去掉有机物沾污,提高镀层质量。
在微电子、光电子、MEMS封装方面,等离子技术正广泛应用于封装材料清洗及活化,对解决电子元器件存在的表面沾污、界面状态不稳定、烧结及键合不良等缺陷隐患,提升质量管理和工序控制能力具有可操作性的积极作用,改善材料表面特性,提高封装产品性能,需要选择合适的清洗方式和清洗时间,对提高封装质量和可靠性极为重要。
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