微波等離子清洗技術及應用介紹

集成電路的不斷發展與印制電路板結構尺寸的不斷減小,呼喚芯片集成技術和芯片封裝的持續發展。然而在其封裝工藝中存在的污染物一直困擾著人們,而利于環保、清洗均勻性好、重復性好、可控性好、具有三維處理能力及方向性選擇處理的微波等離子清洗工藝,將為人們解決這一問題。

1、微波等離子清洗原理

等離子體是正離子和電子的密度大致相等的電離氣體,整體呈電中性。其由離子、電子、自由激進分子、光子以及中性粒子組成,是物質的第四態。

等離子清洗是用等離子體通過化學或物理作用對工件表面進行分子水平處理,去除沾污,改善表面性能的工藝過程。對應不同的污染物,應采用不同的清洗工藝。根據選擇的工藝氣體不同,分為化學清洗、物理清洗及物理化學清洗。目前有四種激勵電源頻率,分別是直流、低頻40KHz、射頻13.56MHz及本文介紹的微波2.45GHz。

2、微波等離子清洗過程

清洗過程如下:在真空腔內壓力到達一定范圍時充入工藝氣體,當腔內壓力為動態平衡時,利用微波源振蕩產生的高頻交變電磁場將氧、氬、氫等工藝氣體電離,生成等離子體,活性等離子體對被清洗物進行物理轟擊與化學反應雙重作用,使被清洗物表面物質變成粒子和氣態物質,經過抽真空排出,而達到清洗目的。微波放電是無電極放電,這也就防止了因濺射現象而造成的污染,因而可以得到均勻而純凈的等離子體且密度更高。適于作高純度物質的制備和處理,而且工藝效率更高。通過操作控制系統設置工藝參數,從而控制微波等離子的強度與密度等,來適應不同被清洗組件的工藝要求。

3、微波等離子清洗的應用

微波等離子清洗的應用等離子技術應用十分廣泛,有電弧焊接、材料表面改性、刻蝕及清洗、等離子化學氣相沉積、濺射等,其同時應用于處理硅、石英、鈮鋰化合物和其他如陶瓷或玻璃等特殊材料的關鍵工藝中。下文主要介紹其在IC封裝中的應用。

微波等離子清洗在IC封裝中的應用

IC封裝類型中方形扁平封裝(QFPs)與纖薄小外型封裝(TSOP)是目前封裝密度趨勢要求下的兩種封裝類型。在過去的一些年,球柵陣列封裝(BGAs)被認為是標準的封裝類型,特別是塑料球柵陣列式封裝(PBGAs),每年提供的數量高達百萬計。現在等離子體清洗廣泛應用于PBGAs及倒裝晶片過程中和其它基于聚合物的襯底,以利于粘結,減少分層。

微波等離子清洗在IC封裝中通常在下面的幾個環節引入:在芯片粘合與引線鍵合前,以及在芯片封裝前。①用環氧樹脂導電膠粘片前如果用等離子體對載體正面進行清洗,可以提高環氧樹脂的粘附性,去除氧化物以利于焊料回流,改善芯片與載體的連接,減少剝離現象,提高熱耗散性能。用合金焊料將芯片往載體上進行共晶燒結時,如果由于載體上有污染或表面陳舊而影響焊料回流和燒結質量,在燒結前用等離子清洗載體,對保證燒結質量也是有效的。②在進行引線鍵合前用等離子清潔焊盤及基材,會顯著提高鍵合強度和鍵合線拉力的均勻性。對鍵合點的清潔意味著清除纖薄的污染表層。③IC在進行塑封時要求塑封材料與芯片、載體、金屬鍵合腳等各種不同材料有較好的粘附性,如果有沾污或表面活性差,就會導致塑封表面層剝離。如果用等離子清洗后再封裝可以有效地提高表面活性,改善粘附性,提高封裝的可靠性。

微波等離子清洗技術在國外諸多領域已經得到廣泛應用,成為許多精密制造行業的必備設備。國外微波等離子清洗設備以美國及德國的生產廠商為主。在國內,微波等離子清洗技術及設備的研究尚處于起步階段。該技術結合了等離子物理、化學和氣固相界面的化學反應,跨多種領域,包括化工、材料、能源以及宇宙等,因此將極具挑戰性,也充滿機會。由于半導體和光電材料在未來的快速成長,此方面應用需求將越來越大。了解更多關于等離子清洗的知識,敬請關注國產等離子清洗機廠家東信高科。