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芯片键合前进行等离子清洗降低键合失效率

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-12-19
微电子封装是将集成电路设计和微电子制造的裸芯片组装为电子器件、电路模块和电子整机的制造过程,是将元件再加工及组合构成满足工作环境的整机系统的制造技术。封装是芯片功率输入、输出同外界的连接途径,同时也是器件工作时产生的热量向外扩散的媒介。没有封装,芯片就无法正常可靠地实现其应有的功能。
等离子清洗机
目前集成电路的发展趋势是小型化、高集成度、大功率,客户对芯片封装可靠性的要求越来越高,对封装过程与工艺提出了许多新的要求。芯片封装过程中,键合失效与分层异常占整体封装异常的80%,这是因为引线框架的键合区域在生产过程中受到有机物和无机物的污染,不加以处理而直接键合将造成键合强度偏低及键合应力差异较大等问题,导致产品的长期可靠性没有保证。近些年,等离子清洗作为一种高效实用的清洁技术已在封装行业中被广泛应用,等离子清洗可以有效清除键合区域的污染物,提高键合区表面化学能及浸润性,降低键合的失效率,提高产品的长期可靠性。

等离子清洗原理


化学等离子清洗
化学等离子清洗是使用反应性等离子体清除污染物,以化学反应为主的等离子体清洗,通常使用O2或者H2形成的等离子体与物体表面进行反应。氧气等离子体经过氧化反应可以使非挥发性的有机物生成易挥发的H2O和CO2,反应过程如图1中所示,氢气等离子体可以通过还原反应去除金属表面的氧化层,反应过程如图2中所示。
反应气体O2等离子清洗反应过程
图一 反应气体O2等离子清洗反应过程
反应气体H2等离子清洗反应过程
图二 反应气体H2等离子清洗反应过程
物理等离子清洗
物理等离子清洗是以物理反应为主的等离子体清洗,反应气体通常为惰性气体(如氩气、氮气等)。反应过程如图3所示,其原理为利用等离子体内高能量物质的活化作用及对污染物的轰击作用,使其形成挥发性物质被真空泵排出,从而达到清洗的目的。
反应气体Ar等离子清洗反应过程
图三 反应气体Ar等离子清洗反应过程

引线键合工序由等离子清洗机与引线键合机完成,工艺目的为完成芯片与芯片、芯片与引线框架引脚的键合工作。

等离子清洗过程


将装有半成品的料盒放入等离子清洗机工作腔,抽至真空,然后向工作腔充入氩气与氢气,射频发生器工作,由正负电极将工作气体激发为氩离子与氢离子,后对半成品表面进行处理。氩离子通过撞击去除焊盘以及引线框架引脚表面的氧化物以及微颗粒污染物,氢离子则与半成品表面的氧化物发生还原反应,去除表面氧化层,洁净键合区域表面并活化表面能,提高引线键合质量。

等离子清洗工艺是芯片封装过程中重要的清洗方法,有清洗对象广泛、无环境污染的优点。经过等离子清洗后,引线框架的键合质量得到显著提高,从而获得良好的可靠性。

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