等离子清洗机在封装生产中的应用

微流控芯片

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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