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等离子清洗机提高陶瓷基板浸润性改善共晶焊接性能

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-12-15
共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象,共晶合金直接从固态变到液态,而不经过塑性阶段。其熔化温度即为共晶温度。真空共晶焊就是在真空的环境下采用保护气体,加热使共晶焊料共晶达到芯片与基板、管壳互连的目的。
陶瓷基板焊接示意图
图1.1 陶瓷基板焊接示意图

 
影响裸芯片与基板真空共晶焊接的主要因素包括:焊接物本身质量、载体成分、焊料成分、保护气氛、焊接温度、真空度、焊接夹具、焊接工件的镀层及洁净度。下面将对焊接洁净度进行分析和研究。

焊接洁净度

共晶焊中焊接工件及焊料片的洁净度也会影响焊接质量。若共晶焊时焊接工件、焊料片被污染或受到氧化,导致焊接时浸润能力降低。因此只有通过对焊接工件、焊料片在焊接前进行清洗来保证焊接质量。现有的清洗方法有手工清洗、水清洗、超声波清洗和等离子清洗。陶瓷基板的焊接,经过相关工艺试验,陶瓷基板一般采用超声波清洗,通过超声将基板上的油脂、多余物清洗干净,焊料片及裸芯片则采用等离子清洗机在焊接前进行,通过等离子清洗,增加了焊料片及裸芯片表面的洁净度。


等离子清洗方式:


等离子清洗机通过设备产生的离子元素与被清洁工件上的污染物进行化学反应,从而达到清洁焊接工件表面的作用。其原理是将被清洗的器件放置在一个已被抽真空的箱体内,通入工艺气体,输入能量将气体电离为包含正离子、负离子、自由离子等带电粒子和不带电中性粒子的正负电荷相等的等离子状态,这些等离子体通过化学或者物理的作用对被清洗器件的表面进行处理,实现分子水平的污渍、沾污去除作用。

等离子清洁的反应气体及作用:

等离子清洁可选择的工艺气体有氢气(H2)、氧气(O2),或者是两种气体的混合气体。

氧气清洗属于化学清洗,是采用氧离子与被清洗工件上的污染物(主要是有机污染物)发生氧化反应,生成CO2和水被真空泵抽走排出,从而达到清洗的目的;

氢气清洗也是化学清洗,是采用氢离子与被清洗件上的污染物(主要是氧化物)发生还原反应,将氧化物还原成水后被真空泵抽走排出。

氧气清洗容易造成二次氧化,工艺控制难度大,氢气是易燃易爆气体,安全性方面需要注意和防范,一般使用的是氮氢混合气体,或者氩氢混合气体。

等离子清洁工艺验证:

等离子清洗后的工件,是否达到清洗的效果,需要进行检定。水滴角的测试就是一种检定工件是否清洗干净的方法。水滴角是将水滴在物体表面,通过测算水滴在表面铺开的角度来评判物体表面亲水性能的一种方法。

将裸芯片分为A、B、C三组,A组未进行任何清洗处理,B组进行无水乙醇清洗,C组进行等离子清洗,将三组样品进行水滴角测试,测试结果见图2.10、图2.11、图2.12。
图 2.10 A 组样品(未清洗)水滴角
图 2.10 A 组样品(未清洗)水滴角
图 2.11 B 组样品(无水乙醇清洗)
图 2.11 B 组样品(无水乙醇清洗)
图2 .12 C 组样品(等离子清洗)水滴角
图2 .12 C 组样品(等离子清洗)水滴角

 
通过上述试验证明,等离子清洗能够对焊料片及裸芯片表面起到清洁作用。采用等离子清洗方式对焊接工件及焊料片进行清洗,即达到了清洗的效果,也保护了焊料片及焊接工件的外观。等离子清洗能有效增强基板的浸润性,降低芯片和基板共晶焊界面的孔隙率,同时也能清除元件表面的氧化物薄膜和有机物沾污,经过等离子清洗,其键合焊接强度和合金熔封密封性都得到提高。
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