組裝工藝中的等離子清洗機(jī)的應(yīng)用

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

近期組裝技術(shù)的趨勢主要是SIP、BGA、CSP封裝使半導(dǎo)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(jī)物污染和電加熱中形成的氧化膜等。例如，有所說的粘接強(qiáng)度降低和在樹脂模式中的灌封強(qiáng)度降低的問題。由于在封裝工藝中適當(dāng)?shù)亟M合采用等離子清洗機(jī)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(dāng)芯片粘接后進(jìn)行高溫硬化時(shí)，在粘結(jié)填料表面有基體鍍層成分析出的情況。還有時(shí)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(jìn)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(jī)去除“里面”的雜質(zhì)。這種場合為進(jìn)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(jī)

等離子清洗機(jī)采用PE與RIE兩種等離子清洗方式。 從清洗機(jī)理分析，等離子清洗有物理清洗和化學(xué)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(shí)樹脂的流動(dòng)，也使樹脂灌封強(qiáng)度提高。

PE方式中主要使用O₂氣，以化學(xué)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(yùn)動(dòng)使表面達(dá)到親水基化。當(dāng)形成這一親水基時(shí)，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(qiáng)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(gè)電極，下電極連接13.56MHz高頻電源，上電極接地。當(dāng)對該腔體抽真空達(dá)到預(yù)定壓力后充入Ar氣并疊加高頻電流時(shí)，產(chǎn)生Ar氣等離子體。當(dāng)在下部電極接上高頻時(shí)，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(shí)）。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(dāng)在下電極上放置基板時(shí)，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(xué)的去除有機(jī)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O(shè)₂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(yùn)動(dòng)，而且容易與其它原子發(fā)生反應(yīng)。游離基通過與基板表面的有機(jī)物接觸，該有機(jī)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(gè)基板都變成親水基的了。

等離子清洗機(jī)用途及應(yīng)用實(shí)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(jī)進(jìn)行處理。

（2）在晶圓上進(jìn)行凸點(diǎn)印刷之前經(jīng)等離子清洗機(jī)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(shí)焊料的蠕變性。

（3）用等離子清洗機(jī)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(jìn)行的粘結(jié)與灌封樹脂工程中，均使用等離子清洗機(jī)。

（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(shí)，功率不能過高，用等離子清洗機(jī)可以保證在低功率其鍵合強(qiáng)度。

（6）作為基底的鍍前處理，經(jīng)等離子體清洗機(jī)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?jiān)捎玫入x子體清洗機(jī)刮洗 。

表2 各種清洗方法及有效性

（1）等離子清洗機(jī)能除去有機(jī)物和無機(jī)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(jī)物，但很難去除無機(jī)物。

（2）真空等離子清洗機(jī)和大氣等離子處理設(shè)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(qiáng)度。

（3）用Ar等離子清洗機(jī)做RIE處理時(shí)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(jī)與UV/O₃清洗。

（5）如果把等離子清洗機(jī)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(jìn)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(jī)達(dá)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(shè)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(jī)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。

等離子清洗機(jī) - 等離子表面處理設(shè)備

等離子清洗 - 等離子刻蝕 設(shè)備- 等離子去膠 - 等離子活化- 等離子拋光 -等離子接枝