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等离子体在微电子封装中的广泛应用

摘要:随着微电子工艺的发展,湿法清洗越来越局限,而干洗清洗能够避免湿法清洗带来的环境污染,同时产生率也大大提高。等离子体清洗在干法清洗中优势明显,本文主要介绍了等离子体清洗的机理、类型、工艺特点以及在微电子封装工艺中的应用。


1、引言

微电子工业中的清洗是一个很广的概念,包括任何去除污染物有关的工艺。通常是指在不破坏材料表面特性及电特性的前提下,有效地清除残留在材料上的微尘、金属离子及有机物杂质。目前已广泛应用的物理化学清洗方法,大致可分为两类:湿法清洗和干法清洗。

湿法清洗在现阶段的微电子清洗工艺中还占据主导地位。但是从对环境的影响、原材料的消耗及未来发展上看,干法清洗要明显优于湿法清洗。

干法清洗中发展较快、优势明显的是等离子清洗,等离子体清洗已逐步在半导体制造、微电子封装、精密机械等行业开始普遍应用。


2、等离子体清洗的机理

等离子体是部分电离的气体,是物质常见的固体、液体、气态以外的第四态。等离子体由电子、离子、自由基、光子以及其他中性粒子组成。由于等离子体中的电子、离子和自由基等活性离子的存在,其本身很容易与固体表面发生反应。

等离子体清洗技术的最大特点是不分处理对象的基材类型,均可进行处理,对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料,如聚丙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚氯乙烷、环氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地处理,并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。

等离子体清洗还具有以下几个特点:容易采用数控技术,自动化程度高;具有高精度的控制装置,时间控制的精度很高;正确的等离子体清洗不会在表面产生损伤层,表面质量得到保证;由于是在真空中进行,不污染环境,保证清洗表面不被二次污染。


常压等离子清洗机.jpg


3、在封装工艺中的应用

在微电子封装的生产过程中,由于指印、助焊剂、各种交叉污染、自然氧化等,器件和材料表面会形成各种沾污,包括有机物、环氧树脂、光刻胶、焊料、金属盐等。这些沾污会明显地影响封装生产过程中的相关工艺质量。使用等离子体清洗可以很容易清除掉生产过程中所形成的这些分子水平污染,保证工件表面原子与即将附着材料的原子之间紧密接触,从而有效地提高引线键合强度,改善芯片粘接质量,减少封装漏气率,提高元器件的性能、成品率和性能。国内某单位在铝丝键合前采用等离子体清洗后,键合成品率提高10%,键合强度一致性也有提高。

在微电子封装中,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、化学组成以及污染物的性质等。通常应用于等离子体清洗的气体有氩气、氧气、氢气、四氟化碳及其混合气体等。

目前普遍应用在:①等离子体清洗铝键合区 ②等离子体清洗对基板焊盘的影响 ③等离子体清洗铜引线框架 ④陶瓷封装电镀前等离子体清洗


4、结论

湿法清洗虽然在现有的微电子封装生产中占据主要地位,但是其带来的环境以及原料消耗问题不容忽视。而作为干法清洗中最有发展潜力的等离子体清洗,则具有不分材料类型均可进行清洗、清洗质量好、对环境污染小等优点。等离子体清洗技术在微电子封装中具有广泛的应用,主要用于去除表面污染物和表面刻蚀等,工艺的选择取决于后序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性质。将等离子体清洗引入微电子封装中,能够显著改善封装质量和可塑性。但是采用不同的工艺,对键合特性、引线框架的性能等的影响有很大差异。例如,对铝键合区采用氩氢等离子体清洗一段时间后,键合区的粘接性能有明显提高,但是过长的时间也会对钝化层造成损害;对焊接盘采用物理反应机制等离子体清洗会造成“二次污染”,反而降低了焊盘的表面特性;对铜引线框架采用两种不同机制的等离子清洗,拉力测试的结果有很大差异。因此,选择合适的清洗方式和清洗时间,对提高封装质量和可塑性是十分重要的。

深圳市诚峰智造有限公司,真诚感谢新老客户长期以来对等离子技术的关注及对我公司的信任与支持。并欢迎新老客户前往我公司参观指导。


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