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)表時間：2023-02-06

微電子封裝是將集成電路設(shè)計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，同時也是器件工作時產(chǎn)生的熱量向外擴(kuò)散的媒介。沒有封裝，芯片就無法正?？煽康貙?shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。

目前集成電路的發(fā)展趨勢是小型化、高集成度、大功率，客戶對芯片封裝可靠性的要求越來越高，對封裝過程與工藝提出了許多新的要求。芯片封裝過程中，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)過程中受到有機(jī)物和無機(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)力差異較大等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品的長期可靠性沒有保證。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)能及浸潤性，降低鍵合的失效率，提高產(chǎn)品的長期可靠性。

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)過程如圖1中所示，氫氣等離子體可以通過還原反應(yīng)去除金屬表面的氧化層，反應(yīng)過程如圖2中所示。

圖一反應(yīng)氣體O2等離子清洗反應(yīng)過程

圖二反應(yīng)氣體H2等離子清洗反應(yīng)過程

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?。反?yīng)過程如圖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，后對半成品表面進(jìn)行處理。氬離子通過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程中重要的清洗方法，有清洗對象廣泛、無環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過等離子清洗后，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。