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等离子清洗对芯片键合前清洗效果的影响

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发布时间:

2021-06-18

       不同的工艺气体对清洗效果影响
       1)氩气
       物理等离子体清洗过程中,氩气产生的离子携带能量轰击工件表面,剥离掉表面无机污染物。在集成电路封装过程中,氩离子轰击焊盘的表面,轰击力去除工件表面上的纳米级污染物,产生的气态污染物由真空泵抽走。该清洗工艺可提高工件表面活性,提高封装中键合性能。氩离子的优势在于它是一个物理反应,清洗工件表面不会带来氧化物;缺点是工件材料可能产生过量腐蚀,但可通过调整清洗工艺参数得到解决。
       2)氧气
       氧离子在反应仓内与有机污染物反应,生成二氧化碳和水。清洗速度和更多的清洗选择性是化学物,所以在引线键合应用中,氧离子不允许出现。
       3)氢气
       氢离子发生还原反应,去除工件表面氧化物。出于氢气的安全性考虑,推荐使用氢氩混合气体的等离子清洗工艺。

       工艺时间总体来说,最短的工艺时间是客户的基本要求,以便能够达到最大产能。但是工艺时间不是单一的因素,应该与射频功率、仓体压力和气体类等参数相匹配,达到动态平衡。

等离子清洗

       仓体压力反应仓内的压力是工艺气体流量、腔体泄露率和真空泵抽速的动态平衡。物理等离子清洗工艺模式采用的仓体压力较小。物理等离子清洗工艺要求被激发的离子轰击工件表面。假如仓体压力过高,激发的离子在到达清洗表面之前就和其他离子产生多次碰撞,减低清洁效果。已激发的离子在碰撞之前所行进的距离称为离子的平均自由路程,与仓体压力成反比。物理等离子清洗工艺要求低压以便于平均自由路程最大化,使碰撞轰击达到最大。但假如仓体压力下降太多,就没有足够的活性离子在有效的时间内来清洁工件。化学等离子清洗工艺产生的等离子体与工件表面产生化学反应,所以离子数越多越能增加清洗的能力,导致需要使用较高的仓体压力。
       射频功率射频功率的大小会影响等离子体的清洗效果,从而影响封装的可靠性。加大等离子体射频功率是增加等离子的离子能量来加强清洗强度。离子能量是活性反应离子进行物理工作的能力。射频功率的设置主要与清洗时间达到动态平衡,增加射频功率可以适当降低处理时间,但会导致反应仓体内温度略有升,所以有必要考虑清洗时间和射频功率这两个工艺参数。
       等离子清洗对芯片键合前清洗效果的影响,经过等离子清洗后,对工件芯片进行接触角测试,试验检测得出:未进行等离子体清洗的工件样品接触角大约在45°~58°;对已经进行过化学等离子体清洗的工件芯片的接触角大约在12°~19°;对工件芯片进行物理等离子体清洗过后其接触角在15°~24°。试验说明等离子体清洗对封装中芯片的表面处理是有一定效果的。图5为铜引线框架在等离子体清洗前后使用接触角检测仪进行测量的接触角对比,清洗前接触角在49°~60°,清洗后接触角在10°~20°,满足了工件表面处理需求。

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