組裝工藝中的等離子清洗機的應用

等離子清洗機在當今組裝工藝中是不可欠缺的技術。本文介紹等離子清洗機在組裝工藝中的作用

近期組裝技術的趨勢主要是SIP、BGA、CSP封裝使半導體器件向模塊化、高集成化和小型化方向發(fā)展。在這樣的封裝與組裝工藝中，zui大的問題是粘結(jié)填料處的有機物污染和電加熱中形成的氧化膜等。例如，有所說的粘接強度降低和在樹脂模式中的灌封強度降低的問題。由于在封裝工藝中適當?shù)亟M合采用等離子清洗機處理能大大改善可靠性和成品率。

在基板上安裝裸芯片的COB工藝中，當芯片粘接后進行高溫硬化時，在粘結(jié)填料表面有基體鍍層成分析出的情況。還有時Ag漿料等連接劑溢出成分污染粘結(jié)填料。如果能在鍵合工藝前用等離子清洗去除這些污染物，則鍵合的質(zhì)量能夠大幅提升。進一步說，由于基板與裸芯片表面的潤濕性都提高了，則模塊等的密接性也能提高。

在倒裝片安裝工藝中也不例外，在粘接前采用等離子清洗機去除“里面”的雜質(zhì)。這種場合為進一步提高可靠性，也有象對待晶園那樣對待“里面”的等離子清洗。還有用氧等離子提高倒裝片粘接后芯片里面的下填充性。見圖1。

1. 等離子清洗機

等離子清洗機采用PE與RIE兩種等離子清洗方式。 從清洗機理分析，等離子清洗有物理清洗和化學清洗（表面改性）兩種方式，前者稱為RIE方式，后者稱為PE方式，兩者在清洗效果上各具特色。RIE方式主要使用Ar氣，以物理的濺射方法去除基板表面的雜質(zhì)。由此處理的基板表面呈現(xiàn)凹凸不平的狀態(tài)，見表1。該等離子體清洗的用途是式作線焊前處理和倒裝片連接前處理。另外，由于表面凹凸而提高了蠕變性，改善了造型時樹脂的流動，也使樹脂灌封強度提高。

PE方式中主要使用O₂氣，以化學的方法改質(zhì)基板表面。這是利用等離子體中的氧氣的游離基的運動使表面達到親水基化。當形成這一親水基時，盡管在線焊等金屬間的連接上是不相稱的，但蠕變性的改善程度和樹脂灌封強度提高的效果，比RI方式還高。還有，PE方式還能利用等離子氧游離基與基板表面的碳結(jié)合生成CO₂，從而除去碳。由于本方式能處理基板的里面和側(cè)面，所以在提高倒裝片粘結(jié)后芯片里面的底部填充材料的填充性上得到較好地利用。

表1 RIE與PE方式

在密閉腔體中配置上下相對兩個電極，下電極連接13.56MHz高頻電源，上電極接地。當對該腔體抽真空達到預定壓力后充入Ar氣并疊加高頻電流時，產(chǎn)生Ar氣等離子體。當在下部電極接上高頻時，則在下部電極的上方生成等離子體，在等離子體與下部電極之間產(chǎn)生電位差約—400V（在高頻輸出約為500W時）。由于Ar離子是帶電粒子且呈異向性，所以在該電位的作用下直接被牽引到了下電極側(cè)。當在下電極上放置基板時，則Ar離子沖擊在基板上，利用這一沖擊能量，能物理地去除基板表面的雜質(zhì)。即使是RIE方式，也有使用O₂和H₂的物理且化學的去除有機物的方法。

在PE方式中正相反，上部電極接高頻，下部電極接地。PE方式中一般使用O₂氣體。該場合O₂離子體被生成在貼近下部電極的上方。O₂離子被牽引到產(chǎn)生外殼電壓的上部電極側(cè)，而在下部電極側(cè)則是以O₂游離基為中心的等離子體。氧游離基呈等方向性而四面八方運動，而且容易與其它原子發(fā)生反應。游離基通過與基板表面的有機物接觸，該有機物則變成親水基而易水洗。不僅在基板表面，甚至在基板的側(cè)面，內(nèi)里面都有浸透作用，所以使整個基板都變成親水基的了。

等離子清洗機用途及應用實例

（1） 在SIP等離子工程中，為了除去芯片粘結(jié)后的污染成分，每次都要對芯片粘結(jié)部采用等離子清洗機進行處理。

（2）在晶圓上進行凸點印刷之前經(jīng)等離子清洗機處理后可改善無鉛和無助焊劑焊料的拉拔性，還能改善再流焊時焊料的蠕變性。

（3）用等離子清洗機可以改善晶圓的內(nèi)面污染芯粘結(jié)特性。

（4）在裸晶圓上進行的粘結(jié)與灌封樹脂工程中，均使用等離子清洗機。

（5）用等離子清洗作為在銅配線電路中的鍵合的前處理。銅配線的鍵合時，功率不能過高，用等離子清洗機可以保證在低功率其鍵合強度。

（6）作為基底的鍍前處理，經(jīng)等離子體清洗機的處理而表面呈凸凹化，從而改善涂鍍性。

（7）隨著印制基板的多層化，其通孔加工后的殘渣可用等離子體清洗機刮洗 。

表2 各種清洗方法及有效性

（1）等離子清洗機能除去有機物和無機物（包括金屬氧化物），但在大氣等離子和UV/O₃中也能除去有機物，但很難去除無機物。

（2）真空等離子清洗機和大氣等離子處理設備無論哪種清洗方法都能能改善蠕變性，都能有效提高樹脂密封強度。

（3）用Ar等離子清洗機做RIE處理時能使表面粗化。

（4）在大面積連續(xù)處理中，有的場合可可使用大氣等離子清洗機與UV/O₃清洗。

（5）如果把等離子清洗機與濕式清洗并用，則會改善灰塵的去除性。

在特別討厭灰塵的封裝等工藝中，為了進一步提高潔凈度，作為改善合格產(chǎn)品率的方法，有的場合就與濕式清洗并用。

盡管等離子清洗機達到的潔凈度很高，但對于大的污染卻表現(xiàn)較差。利用高真空高密度等離子源能增加去除量，但卻極大地加重了設備成本。另外，不需處理的部分也處理了，所以有可能使圖像變色。因此，如圖8所示那樣，在等離子清洗前，用其它方式對付大的污染，然后再用等離子清洗機則更為有效。其清洗工藝為：濕式清洗 → 等離子清洗 → 純水清洗。由于等離子清洗使表面親水性提高，所以提高了純水沖洗的效果。

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