芯片等離子清洗機清洗改善芯片粘接質(zhì)量和金絲鍵合質(zhì)量

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-04-21

等離子清洗機結(jié)構(gòu)主要包括控制單元、真空腔體、真空泵三部分。等離子清洗機的工作流程為：腔體抽真空—充入工藝氣體—電離工藝氣體并清洗—腔體再次抽真空—充入保護氣體防止二次污染。清洗首先在真空腔體內(nèi)單種或者多種清洗所需氣體，一般為Ar、O2、N2等，外加射頻功率在平行電極之間形成交變電場，電子通過電場加速對工藝氣體進行沖擊使氣體發(fā)生電離形成離子，作用在被清洗表面，電離產(chǎn)生的粒子與電子數(shù)量達到一定規(guī)模，便形成了等離子體。等離子體高速撞擊基板和芯片表面，與被清洗表面污染物發(fā)生理化反應(yīng)，實現(xiàn)基板與芯片的清洗，并利用氣流將污染物排出腔體。等離子清洗通過去除表面污染物，提高了表面的粗糙度，有助于增加材料之間的結(jié)合力，對增加焊點可靠性有明顯改善，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用壽命。

等離子清洗在芯片組件可靠性控制起重要作用，等離子清洗主要應(yīng)用在粘接前基板清洗以及金絲鍵合前基板清洗：

（1）粘接前基板清洗。在芯片粘接點膠前，如果電路基板上存在污染物，會嚴重影響基板的潤濕性能，阻礙導(dǎo)電膠的平鋪、流動。基板上表面張力過大，使膠滴呈圓球狀態(tài)，減小了相同膠量下基板與芯片的接觸面積，降低了剪切力。通過等離子清洗能夠大幅提升基板表面潤濕性能，提高粘接強度。

（2）金絲鍵合前基板清洗。在芯片粘接固化完成后，金絲鍵合之前，電路基板或者芯片表面可能殘存一些微小顆粒等多余物，它們可能導(dǎo)致金絲與基板之間、金絲與芯片焊盤之間鍵合強度下降，還有可能嚴重影響電氣性能，造成產(chǎn)品失效。在金絲鍵合前對貼片后基板進行等離子清洗，有助于防止多余物引入，提高鍵合質(zhì)量。

由于等離子清洗是分子級的，清洗效果很難通過肉眼觀察，所以清洗效果一般通過貼片、鍵合的強度提升或者使用專用設(shè)備對接觸角進行測量的方法進行效果檢查。為更加直觀觀察等離子清洗和不同工藝氣體對鍵合強度的影響，進行了水滴實驗和鍵合強度對比實驗。

（1）等離子清洗水滴對比實驗
等離子清洗的目的是為了改善基板表面的潤濕性，經(jīng)有關(guān)研究知大多數(shù)污染物和氧化物呈現(xiàn)憎水性，因此可以通過觀察潤濕角判定基板潤濕性能。等離子清洗的作用體現(xiàn)在水滴在基板上的潤濕性、延展性，潤濕性好的基板表面呈現(xiàn)親水性，潤濕角為銳角；潤濕性差的基板表面呈現(xiàn)憎水性，潤濕角為鈍角。在進行水滴實驗時，為了更加直觀的對實驗結(jié)果進行分析，對不同實驗條件的基板進行了標號，并對水滴進行了上色處理。水滴實驗潤濕角實圖如圖所示。

潤濕角檢查

經(jīng)對比實驗結(jié)果觀察，1號基板在空氣中暴露時間較長，并經(jīng)過多次實驗氧化嚴重，水滴滴在基板上，聚集成球狀，潤濕角為較大的鈍角；2號基板未經(jīng)過清洗，水滴滴在基板上，聚集成球狀，但弧度明顯小于氧化后的基板，潤濕角成較小的鈍角；3號基板經(jīng)過等離子清洗，水滴滴在基板上，水滴平鋪，不呈球形，潤濕角成銳角。通過水滴實驗可以明顯觀察出等離子清洗后水滴在基板上接觸角的變化，經(jīng)過等離子清洗的基板的潤濕性明顯得到改善，減小了潤濕角。

通過水滴實驗可以明顯觀察出等離子清洗后水滴在基板上接觸角的變化，經(jīng)過等離子清洗的基板的潤濕性明顯得到改善，減小了潤濕角。

（2）等離子清洗鍵合對比實驗

金絲鍵合和拉力測試

經(jīng)等離子清洗后的鍍金陶瓷板金絲鍵合強度普遍增大。

等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，在一定空間內(nèi)對氣體施加足夠的能量，可以使氣體發(fā)生離化作用成為等離子狀態(tài)。等離子清洗原理是通過外加高能電子對清洗氣體分子進行碰撞，將其激發(fā)至等離子狀態(tài)，期間會產(chǎn)生多種活性組分，一部分活性粒子轟擊在被清洗表面進行物理清洗，另一部分活性粒子與被清洗表面接觸發(fā)生復(fù)雜的理化反應(yīng)實現(xiàn)清洗。芯片通過等離子清洗機清洗可以有效清除被清洗表面污染物、改善表面狀態(tài)、增加材料的粘附性能、提高材料表面的浸潤性能，明顯改善芯片粘接質(zhì)量和金絲鍵合質(zhì)量。