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封裝的質(zhì)量直接影響到電子元器件的可靠性和使用壽命。在微電子封裝的生產(chǎn)過(guò)程中，由于接觸、溶劑揮發(fā)、自然氧化等都可能會(huì)造成芯片、鍵合指或外殼焊環(huán)表面形成各種沾污。這些沾污包括環(huán)氧樹(shù)脂溢出物、有機(jī)溶劑殘留、焊料、金屬離子、材料的氧化層等，它們都會(huì)明顯影響微電子器件在生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)工藝質(zhì)量，從而降低電子元器件的可靠性和產(chǎn)品合格率。因此，為保證電子元器件的產(chǎn)品合格率和質(zhì)量可靠性，必須在不破壞芯片、粘接材料和外殼的表面特性、熱學(xué)特性以及電學(xué)特性的前提下，去除這些有害沾污物。

等離子體清洗

等離子體是物質(zhì)常見(jiàn)的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)以外的第四態(tài)，主要由電子、正離子、自由基、光子以及其他中性粒子組成，其正負(fù)電荷總是相等的，所以稱為等離子體。由于等離子體中的電子、正離子和自由基等活性粒子的存在，很容易與固體表面發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，生成產(chǎn)物為CO2和H2O等無(wú)污染的氣體，隨真空泵排出，從而達(dá)到清洗的目的。等離子清洗機(jī)由于不使用任何化學(xué)溶劑，具有對(duì)環(huán)境污染小、清洗質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體制造、微電子封裝領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

等離子清洗機(jī)在封裝工藝中的應(yīng)用

引線框架的清洗

集成電路封裝領(lǐng)域目前主要采用導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、加工性能良好的銅合金材料作為引線框架。由于銅的氧化物與其它一些有機(jī)污染物會(huì)造成塑粉與銅引線框架的分層，造成封裝后密封性能變差與慢性滲氣現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)影響芯片的粘接和引線鍵合質(zhì)量。如圖1所示，經(jīng)過(guò)等離子體處理銅引線框架，可去除有機(jī)物和氧化層，同時(shí)活化和粗化表面，防止包封分層，確保封裝可靠性。等離子清洗后，框架表面水滴角由清洗前74。降低到了19。框架表面粘附力增大，提升了表面潔凈度和活性，在塑封時(shí)框架表面與塑粉能夠緊密地結(jié)合，內(nèi)層界面相互牢固地粘接，封裝強(qiáng)度得到提升。

圖1 銅引線框架等離子清洗前后水滴角測(cè)量對(duì)比圖片

焊線質(zhì)量提升

集成電路封裝器件，焊線的質(zhì)量對(duì)可靠性有決定性影響，焊線區(qū)必須無(wú)污染物并具有良好的鍵合特性。在1萬(wàn)級(jí)凈化廠房?jī)?nèi)，環(huán)境溫度26.4℃，濕度52.3%RH的生產(chǎn)條件下；采用KSConnx球焊機(jī)、20μm金線，在焊線機(jī)工藝參數(shù)不變情況下，將試驗(yàn)樣品分為無(wú)等離子清洗與等離子清洗工藝兩組，進(jìn)行推球強(qiáng)度與拉力強(qiáng)度對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，等離子體清洗能去除焊線區(qū)的表面污染物，會(huì)顯著提高焊線強(qiáng)度和焊線質(zhì)量的均勻性，它對(duì)提高引線鍵合強(qiáng)度作用很大。等離子清洗后，推球強(qiáng)度與拉力強(qiáng)度相比無(wú)等離子清洗的樣品，推力值增加了6.98克，拉力值增加了4.42克，鍵合強(qiáng)度得到了提升；同時(shí)等離子清洗后工序能力指數(shù)（Cpk）值，均提升了約1.3，說(shuō)明焊線強(qiáng)度的均勻性也得到了提高。

圖2 等離子清洗前后焊線質(zhì)量對(duì)比

封裝可靠性提升

等離子清洗機(jī)可以有效地去除氧化層、活化框架以及去除芯片表面、框架表面的有機(jī)物，增強(qiáng)了框架的浸潤(rùn)性，有效地改善分層。等離子體清洗后封裝體內(nèi)芯片，引線框架、塑粉互相的結(jié)合力明顯提升，提高了封裝器件的可靠性。

作為一種精密干法清洗設(shè)備,等離子清洗機(jī)可以有效去除封裝工藝過(guò)程中的污染物,改善材料表面性能,增加材料表面能量。整個(gè)工藝過(guò)程具有無(wú)污染以及安全可靠等特點(diǎn)，在封裝領(lǐng)域中獲得了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。