鍍金陶瓷基板等離子清洗機(jī)清洗提高產(chǎn)品可靠性

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-11-09

微組裝產(chǎn)品生產(chǎn)工序眾多，工作量龐大，極易在物料傳遞環(huán)節(jié)引入污染，極易影響工藝質(zhì)量，如芯片粘結(jié)強(qiáng)度、熱耗散性能、引線鍵合強(qiáng)度等，嚴(yán)重影響產(chǎn)品功能和可靠性。

為了方便芯片與陶瓷基板上電路導(dǎo)通，設(shè)計在其面上鍍金，面積大小和芯片面積相符，將芯片相應(yīng)放置在鍍金區(qū)位置，在鍍金陶瓷基板制作完成后，電路組裝之前，基板表面不可避免地會引入有機(jī)污染物，這將導(dǎo)致后續(xù)引線鍵合過程中鍵合不上或鍵合引線拉力值減小，使得可靠性下降。

鍍金陶瓷基板

等離子清洗機(jī)能夠去除鍍金陶瓷基板和元器件表面分子水平污染物，保證連接部分原子間緊密接觸，大幅提升芯片粘接強(qiáng)度和金絲鍵合強(qiáng)度，為產(chǎn)品可靠性奠定基礎(chǔ)，是微組裝工序的質(zhì)量保證。

等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，在一定空間內(nèi)對氣體施加足夠的能量，可以使氣體發(fā)生離化作用成為等離子狀態(tài)。等離子清洗原理是通過外加高能電子對清洗氣體分子進(jìn)行碰撞，將其激發(fā)至等離子狀態(tài)，期間會產(chǎn)生多種活性組分，一部分活性粒子轟擊在被清洗表面進(jìn)行物理清洗，另一部分活性粒子與被清洗表面接觸發(fā)生復(fù)雜的理化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)清洗。通過等離子清洗可以有效清除被清洗表面污染物、改善表面狀態(tài)、增加材料的粘附性能、提高材料表面的浸潤性能，明顯改善芯片粘接質(zhì)量和金絲鍵合質(zhì)量。

等離子清洗機(jī)工作原理

等離子清洗機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括控制單元、真空腔體、真空泵三部分。等離子清洗機(jī)的工作流程為：腔體抽真空—充入工藝氣體—電離工藝氣體并清洗—腔體再次抽真空—充入保護(hù)氣體防止二次污染。清洗首先在真空腔體內(nèi)單種或者多種清洗所需氣體，一般為Ar、O2、N2等，外加射頻功率在平行電極之間形成交變電場，電子通過電場加速對工藝氣體進(jìn)行沖擊使氣體發(fā)生電離形成離子，作用在被清洗表面，電離產(chǎn)生的粒子與電子數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模，便形成了等離子體。等離子體高速撞擊基板和芯片表面，與被清洗表面污染物發(fā)生理化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)基板與芯片的清洗，并利用氣流將污染物排出腔體。等離子清洗通過去除表面污染物，提高了表面的粗糙度，有助于增加材料之間的結(jié)合力，對增加焊點(diǎn)可靠性有明顯改善，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用壽命。

在微組裝產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，等離子清洗在組件可靠性控制起重要作用，等離子清洗主要應(yīng)用在粘接前基板清洗以及金絲鍵合前鍍金陶瓷基板清洗：

（1）粘接前鍍金陶瓷基板清洗。在芯片粘接點(diǎn)膠前，如果電路基板上存在污染物，會嚴(yán)重影響基板的潤濕性能，阻礙導(dǎo)電膠的平鋪、流動。基板上表面張力過大，使膠滴呈圓球狀態(tài)，減小了相同膠量下基板與芯片的接觸面積，降低了剪切力。通過等離子清洗能夠大幅提升基板表面潤濕性能，提高粘接強(qiáng)度。

（2）金絲鍵合前鍍金陶瓷基板清洗。在芯片粘接固化完成后，金絲鍵合之前，電路基板或者芯片表面可能殘存一些微小顆粒等多余物，它們可能導(dǎo)致金絲與基板之間、金絲與芯片焊盤之間鍵合強(qiáng)度下降，還有可能嚴(yán)重影響電氣性能，造成產(chǎn)品失效。在金絲鍵合前對貼片后陶瓷基板進(jìn)行等離子清洗，有助于防止多余物引入，提高鍵合質(zhì)量。

鍍金陶瓷基板等離子清洗前后對比

等離子清洗的目的是為了改善鍍金陶瓷基板表面的潤濕性，經(jīng)有關(guān)研究知大多數(shù)污染物和氧化物呈現(xiàn)憎水性，因此可以通過觀察潤濕角判定基板潤濕性能。等離子清洗的作用體現(xiàn)在水滴在鍍金陶瓷基板上的潤濕性、延展性，潤濕性好的基板表面呈現(xiàn)親水性，潤濕角為銳角；潤濕性差的基板表面呈現(xiàn)憎水性，潤濕角為鈍角。在進(jìn)行水滴實(shí)驗(yàn)時，為了更加直觀的對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對不同實(shí)驗(yàn)條件的鍍金陶瓷基板進(jìn)行了標(biāo)號，并對水滴進(jìn)行了上色處理。水滴實(shí)驗(yàn)潤濕角實(shí)圖如圖1所示。

圖1 鍍金陶瓷基板等離子清洗前后水滴角對比

經(jīng)對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察，1號基板在空氣中暴露時間較長，并經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)氧化嚴(yán)重，水滴滴在基板上，聚集成球狀，潤濕角為較大的鈍角；2號基板未經(jīng)過清洗，水滴滴在基板上，聚集成球狀，但弧度明顯小于氧化后的基板，潤濕角成較小的鈍角；3號基板經(jīng)過等離子清洗，水滴滴在基板上，水滴平鋪，不呈球形，潤濕角成銳角。

通過水滴實(shí)驗(yàn)可以明顯觀察出等離子清洗后水滴在鍍金陶瓷基板上接觸角的變化，經(jīng)過等離子清洗的鍍金基板的潤濕性明顯得到改善，減小了潤濕角。

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