芯片封裝鍵合前進(jìn)行等離子清洗降低鍵合失效率

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-02-06

微電子封裝是將集成電路設(shè)計(jì)和微電子制造的裸芯片組裝為電子器件、電路模塊和電子整機(jī)的制造過(guò)程，是將元件再加工及組合構(gòu)成滿足工作環(huán)境的整機(jī)系統(tǒng)的制造技術(shù)。封裝是芯片功率輸入、輸出同外界的連接途徑，同時(shí)也是器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量向外擴(kuò)散的媒介。沒(méi)有封裝，芯片就無(wú)法正?？煽康貙?shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。

目前集成電路的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、高集成度、大功率，客戶對(duì)芯片封裝可靠性的要求越來(lái)越高，對(duì)封裝過(guò)程與工藝提出了許多新的要求。芯片封裝過(guò)程中，鍵合失效與分層異常占整體封裝異常的80%，這是因?yàn)橐€框架的鍵合區(qū)域在生產(chǎn)過(guò)程中受到有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的污染，不加以處理而直接鍵合將造成鍵合強(qiáng)度偏低及鍵合應(yīng)力差異較大等問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性沒(méi)有保證。近些年，等離子清洗作為一種高效實(shí)用的清潔技術(shù)已在封裝行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，等離子清洗可以有效清除鍵合區(qū)域的污染物，提高鍵合區(qū)表面化學(xué)能及浸潤(rùn)性，降低鍵合的失效率，提高產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性。

等離子清洗原理

化學(xué)等離子清洗
化學(xué)等離子清洗是使用反應(yīng)性等離子體清除污染物，以化學(xué)反應(yīng)為主的等離子體清洗，通常使用O2或者H2形成的等離子體與物體表面進(jìn)行反應(yīng)。氧氣等離子體經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)可以使非揮發(fā)性的有機(jī)物生成易揮發(fā)的H2O和CO2，反應(yīng)過(guò)程如圖1中所示，氫氣等離子體可以通過(guò)還原反應(yīng)去除金屬表面的氧化層，反應(yīng)過(guò)程如圖2中所示。

圖一反應(yīng)氣體O2等離子清洗反應(yīng)過(guò)程

圖二反應(yīng)氣體H2等離子清洗反應(yīng)過(guò)程

物理等離子清洗
物理等離子清洗是以物理反應(yīng)為主的等離子體清洗，反應(yīng)氣體通常為惰性氣體（如氬氣、氮?dú)獾龋７磻?yīng)過(guò)程如圖3所示，其原理為利用等離子體內(nèi)高能量物質(zhì)的活化作用及對(duì)污染物的轟擊作用,使其形成揮發(fā)性物質(zhì)被真空泵排出，從而達(dá)到清洗的目的。

圖三反應(yīng)氣體Ar等離子清洗反應(yīng)過(guò)程

引線鍵合工序由等離子清洗機(jī)與引線鍵合機(jī)完成，工藝目的為完成芯片與芯片、芯片與引線框架引腳的鍵合工作。

等離子清洗過(guò)程

將裝有半成品的料盒放入等離子清洗機(jī)工作腔，抽至真空，然后向工作腔充入氬氣與氫氣，射頻發(fā)生器工作，由正負(fù)電極將工作氣體激發(fā)為氬離子與氫離子，后對(duì)半成品表面進(jìn)行處理。氬離子通過(guò)撞擊去除焊盤以及引線框架引腳表面的氧化物以及微顆粒污染物，氫離子則與半成品表面的氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，去除表面氧化層，潔凈鍵合區(qū)域表面并活化表面能，提高引線鍵合質(zhì)量。

等離子清洗工藝是芯片封裝過(guò)程中重要的清洗方法，有清洗對(duì)象廣泛、無(wú)環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)等離子清洗后，引線框架的鍵合質(zhì)量得到顯著提高，從而獲得良好的可靠性。