芯片封裝引線鍵合plasma等離子體清洗技術(shù)原理

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：2023-09-18

芯片與封裝互連的方式主要有：引線鍵合（BW-WireBonding）、載帶自動鍵合（TAB-TapeAutomatedBonding）和倒裝芯片鍵合技術(shù)（FCT-FlipChipTechnology）等。引線鍵合（WB）技術(shù)是用金屬絲將集成電路芯片上的電極引線與集成電路底座外引線連接在一起的過程，通常采用熱壓、熱超聲和超聲方法進(jìn)行。

盡管芯片互連有多種工藝形式，但目前引線鍵合工藝仍然是芯片互連的主要技術(shù)。如何提高引線鍵合強(qiáng)度，仍是需要進(jìn)行研究的問題。

清洗工藝對提高引線鍵合強(qiáng)度至關(guān)重要。在引線接合之前，從鍵合焊盤表面清除所有的污染物顯得特別重要。目前清潔焊盤的工藝方法有等離子體清洗、超聲清洗、紫外光清洗等，其中，使用射頻驅(qū)動的低壓等離子清洗技術(shù)（plasmacleaning）是一種有效的、低成本的方法。

plasma等離子體清洗技術(shù)原理

等離子清洗技術(shù)（plasma）是微電子工藝干法化研究的成果之一。與濕法清洗不同，等離子清洗的機(jī)理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。等離子清洗技術(shù)能有效的清除金屬、陶瓷、塑料表面的有機(jī)污染物，可以顯著增加物體的表面能，提高浸潤性和粘合性，達(dá)到提高焊接強(qiáng)度的效果。從目前各類清洗方法來看，等離子體清洗也是所有清洗方法中最為徹底的剝離式的清洗。典型的等離子的組成是，電子、離子、自由基和質(zhì)子。氣體被激發(fā)成等離子態(tài)有多種方式，如激光、微波、電暈放電、熱電離、弧光放電等多種方式，首選方法是使用射頻激勵。給一組電極施以射頻電壓（頻率約為13.56MHz。），電極之間形成高頻交變電場，區(qū)域內(nèi)氣體在交變電場的激蕩下，形成等離子體，活性等離子對被清洗物進(jìn)行物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用，使被清洗物表面物質(zhì)變成粒子和氣態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過抽真空排出，而達(dá)到清洗目的。

等離子體清洗通常包括以下過程：1）無機(jī)氣體被激發(fā)為等離子態(tài)；2）氣相物質(zhì)被吸附在固體表面；3）被吸附基團(tuán)與固體表面分子反應(yīng)，并產(chǎn)生反應(yīng)物分子；4）反應(yīng)產(chǎn)物分子解析形成氣相；5）反應(yīng)殘余物脫離表面。

在一個物理清潔過程中，通常稱為等離子體物理清潔或濺射清潔，如在氬等離子體清潔中，氬離子以足夠的能量輻射到被清潔物的表面，去掉表面污物。正離子的氬原子將被吸引到在等離子室的負(fù)向充電的電極板上。這個電性吸引強(qiáng)制地將離子吸引到電極。由于離子撞擊鍵合焊盤的表面，撞擊力足以去除表面上的任何污垢。然后將這些污物通過真空泵排出。物理清潔工藝的優(yōu)點是它不是一個化學(xué)反應(yīng)，它能清理零件表面上的各種污染物，包括有機(jī)物、特別是非揮發(fā)的金屬離子（如Pb、Fe、Cr、Cu、Ni、Ag等）以及其它不容易通過化學(xué)工藝去掉的無機(jī)污染物，且不留下任何氧化物。離子是清除污物的重要元素，最終的產(chǎn)品是一個完全由基板材料構(gòu)成的表面。這工藝方法的缺點包括有機(jī)基板材料的可能過量腐蝕或污染物重新積聚在其它不希望的區(qū)域造成二次污染。當(dāng)然，這些缺點一般通過細(xì)調(diào)工藝參數(shù)進(jìn)行控制。

化學(xué)清潔工藝是使用產(chǎn)生氣相輻射的等離子如O2或H2來與樣品表面上的化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過隨后從等離子系統(tǒng)泵出的產(chǎn)品形成氣相。例如，有機(jī)污染物可以有效地用O2等離子去掉，這里氧氣輻射與污染物反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳和水。清潔速度和更大的腐蝕選擇性是等離子中化學(xué)清洗的優(yōu)點，一般地說，化學(xué)反應(yīng)清除有機(jī)污染物比清除金屬污染物效果更好，在引線鍵合工藝應(yīng)用中，氧化物是最不希望出現(xiàn)的物質(zhì)。化學(xué)工藝的主要缺點是氧化物可能在基板上再次形成。正如在物理工藝過程中一樣，這些缺點是可以通過適當(dāng)選擇工藝參數(shù)進(jìn)行控制的。

Ar氣和O2氣等離子在混合器件封裝工藝中常用作清潔氣體。O2等離子清潔所使用的化學(xué)清潔過程，在這個過程中氧根離子與有機(jī)污染物發(fā)生的氧化反應(yīng)：
O2+e→O·+O·+e→CO2+H2O+e

Ar氣等離子的清潔過程是一個物理過程。Ar氣被電離之后，電離的等離子使用機(jī)械的方法將基板上的有機(jī)污染物驅(qū)走：
Ar+e-→Ar⁺+2e

比較O2等離子和Ar氣等離子，在清潔混合光電子器件封裝基板工藝中，盡管Ar氣等離子清潔過程稍慢一些，但其明顯的優(yōu)點是運行溫度低，不會對暴露的金屬元件和填充的銀漿（填充有銀粒子的環(huán)氧樹脂）產(chǎn)生氧化。另外，在其清潔過程中對混合光電子器件和PCBs的物理損壞也很小。